气体钻井钻杆冲蚀规律研究

针对气体钻井岩屑造成钻柱严重冲蚀的问题,基于气 固两相流和冲蚀理论,建立了环空岩屑运移模型。在Eulerian坐标系下求解气体连续相流场,在Lagrangian坐标系下对离散相岩屑粒子进行了碰撞求解,采用Grant和Tabakoff公式求解岩屑粒子冲蚀速率,借助实验数据验证了仿真模型。利用该模型研究了气体钻井中钻杆居中以及不同钻杆偏心率、井径扩大率、注气量和机械钻速下环空岩屑粒子运移规律和钻杆冲蚀特性。研究表明,岩屑对钻杆接头及下坡面本体的冲蚀比钻杆本体及接头上坡面严重;钻杆偏心和井径扩大都使局部冲蚀速率峰值增大,且偏心越严重,井径扩大越大,局部冲蚀速率峰值增速越大;机械钻速增大,导致钻杆局部冲蚀速率峰值近乎线性增加;在工程常用注气量范围内,注气量对冲蚀速率峰值和冲蚀速率平均值的影响很小。根据冲蚀规律提出如下建议：减小钻杆斜坡坡度可减少钻杆接头及下坡面的局部冲蚀;采用低转速的空气锤钻井工艺可减缓因偏心引起的局部冲蚀;井眼扩大较大时,增大注气量,通过改变岩屑粒子轨迹,可减少岩屑对钻杆本体的多次冲蚀。     

可防溅钻井液的螺旋式双作用方钻杆接头

针对油田现有的方钻杆防溅钻井液接头使用寿命短和防溅效果不明显等缺陷, 研制了可防溅钻井液螺旋式双作用方钻杆接头。在钻井泵停泵接单根时, 该接头的阀体受弹簧和螺旋滑道的作用, 阀体边旋转边关闭; 开泵时阀体受泵压和弹簧的作用力, 当泵压达到一定值后, 阀体便停留在一固定位置工作。新型防溅钻井液接头在胜利油田多口油井的钻井中使用, 显示了使用寿命长和防溅效果显著等特点。     

可防溅钻井液的螺旋式双作用方钻杆接头

现用防溅钻井液的方钻杆接头结构单一，防溅效果差。主要存在两点不足：①采用直接关闭方式，夹在阀体与阀座之间的干涉物滞留其中，影响密封效果；②只有1，个弹簧起作用，阀座对阀体的撞击力大，使用两三口井后阀体和阀座的耐磨硬镀层被破坏，丧失密封作用。牡丹江建材石油机械厂赵厚良等于2004年研制出的可防溅钻井液的螺旋式双作用方钻杆接头经现场应用表明可大大改善这种状况。     

钻杆接头用的螺纹脂试验

本文阐述API RP 7A1(1992年11月第1版)推荐的试验螺纹脂摩擦性能时所采用的计算方法、试验设备、数据采集、参考螺纹脂校准方法,并对未来工作提出建议。     

整体加重钻杆接头断裂失效分析

采用磁粉无损检测、化学成分分析、力学性能测试、金相分析、显微形貌与能谱分析等方法,对某5-1/2 in整体加重钻杆内螺纹接头的失效原因进行分析.断口宏观形貌和低倍显微镜观察发现存在多个相互独立的裂纹扩展面,且具有疲劳裂纹扩展的贝纹圆弧扩展典型特征;磁粉检测发现多条扩展面的延伸裂纹,微观分析表明这些延伸裂纹与宏观断面一致...     

对提高钻杆接头喷焊质量的探讨

<正> 用等离子喷焊的方法,在钻杆接头上堆焊一层环形耐磨带,对提高钻杆接头使用寿命起到了重要作用。但目前,焊层的耐磨性和质量还存在着一些问题。据调查,用Fe04焊粉堆焊的钻杆在冀中地区打两口井,进尺不足7000m,需要重焊的钻杆多达90％以上。另有一种用不明牌号的焊粉堆焊的钻杆,使用中出现脱焊和严重龟裂现象达6.7％。     

铝合金钻杆接头装配过盈量优选

合理的装配过盈量对于铝合金钻杆接头的正常使用非常重要。以铝合金钻杆接头为研究对象,采用解析法和有限元法对装配扭矩进行计算,并对不同装配过盈量下接头的关键性能指标进行综合分析,对过盈量进行了优选。解析计算时将锥形稳定配合面和锥螺纹接触面分成2部分并采用微元法;利用高级非线性软件Msc.Marc建立了钻杆接头的2D轴对称模型,并采用Newton-Raphs法求解接触非线性问题。分析结果表明,在材料弹性范围内,随着过盈量的增大,装配扭矩基本呈线性增大;过盈量的增大会导致锥形稳定配合面及螺纹面接触力的增大,从而增大螺纹上载荷分布的非均化程度和接头破坏失效的概率。解析法所得的装配扭矩与有限元仿真结果误差较小,与实物试验结果对比效果也较好。     

钻杆接头和转换接头材料及热处理工艺的研究

针对国产石油钻杆接头和转换接头质量不高、现场断裂失效事故频繁这一问题,进行了失效分析及国内外接头解剖分析,开展了接头材料及热处理工艺研究,推荐能够确保接头质量的用钢系列及相应的热处理工艺。生产应用表明,经济效益较好。     

钻杆接头螺纹退刀尺寸对接头寿命的影响

钻杆接头螺纹退刀尺寸是指外螺纹接头的台肩面到螺纹消失前第一个完整螺纹之间的距离。GB9253．1－88规定退刀尺寸应小于或等于12．7mm内螺纹，钻杆接头内螺纹的锤孔尺寸为16±2mm，以保证内、外螺纹啮合良好。经检测发现，从日本NKK公司进口的所有φ127mm钻杆接头外螺纹退刀尺寸都大于12．7mm，镗孔尺寸为16～18mm。而APISpec7K规定钻杆接头内螺纹最小镗孔尺寸为15．9mm。鉴于此，建议对我国的有关标准作相应修改，与API标准保持一致。     

S135钻杆接头缺口疲劳行为研究

钻杆接头疲劳失效是钻杆失效的主要形式,因此,为提高钻杆的使用寿命,对S135钻杆接头的疲劳行为进行了研究。根据钻杆接头的受力特征设计了疲劳试样,采用PQ–6型旋转弯曲疲劳试验机和扫描电镜研究了应力集中对S135钻杆疲劳性能的影响。结果表明:S135钻杆疲劳性能对V形缺口具有一定的敏感性;缺口根部半径越小,应力集中系数越大,对疲劳性能的影响越严重,应力集中系数和疲劳强度符合幂函数关系;疲劳裂纹从缺口根部开始萌生,存在许多裂纹源（呈环形排列）;应力相同时,随着应力集中系数增大,缺口根部的撕裂现象减弱,断口变得光滑、平整,疲劳条纹变得细而密。研究结果表明:对钻杆接头螺纹的牙型进行优化设计,可以降低或减缓齿根的应力集中,降低S135钻杆疲劳对缺口的敏感性,提高S135钻杆的使用寿命。      

气体钻井中气体携岩对钻杆的冲蚀机理研究

气体钻井中气体携岩冲蚀钻杆是引起钻杆快速失效的主要原因之一。基于此,文中采用计算流体动力学(CFD)方法建立了圆形规则井眼、钻杆居中情况下的高速气体携岩冲蚀钻杆的两相流模型。通过对环空气体流场、钻杆表面冲蚀速度和岩屑颗粒对钻杆的冲蚀过程及其运动轨迹的分析后发现,与钻杆接头斜坡碰撞的岩屑颗粒对钻杆有冲蚀作用,最大冲蚀速度发生在钻杆接头斜坡面上,其次在公接头以上0.2～1.8m长度范围内的钻杆本体表面上。这些区域可能形成严重的冲蚀坑,也可能出现微裂纹,在受到钻井过程中的弯、扭、拉等动载荷联合作用下可能发生裂纹扩展、失效现象。     

基于气体钻井工艺参数的钻具冲蚀模型

针对气体钻井中钻具冲蚀磨损严重而造成钻具过早降级和报废的问题,基于微切削理论,建立了钻井环空中钻具的冲蚀模型,并依据该模型推导出了气体钻井中钻具冲蚀强度的数学模型,该数学模型把气体钻井中钻具的冲蚀强度同井下状态参数、钻具材料、井身结构,以及注气量、机械钻速等钻井工艺参数联系起来。通过钻具冲蚀模拟实验确定了数学模型中的常数,并对数学模型进行了修正,为气体钻井作业中合理选择钻井工艺参数和预测钻具的冲蚀磨损提供了依据。利用该数学模型分析表明,气体钻井中的注气量应以保持排屑顺畅即可,过分加大注气量,不仅会造成能源浪费,而且会加剧钻具的冲蚀磨损,导致钻具过早降级或报废。     

钻井液阻尼对钻柱动力失稳的影响

人们研究钻柱动力失稳时，往往忽略钻井液阻尼的影响，实际上钻井液阻尼对钻柱的振动是一个极其重要的影响因素。据此，研究了钻井液阻尼对钻柱动力失稳的影响。推导出钻井液阻尼时钻柱动力失稳区域的计算公式，讨论了钻柱动力稳定性与钻压及钻柱长度的关系。实例分析表明，钻井液阻尼有利于提高钻柱的动力稳定性，钻井液的流速越大，钻柱动力稳定性就越好，其失稳区域越小；钻压越大，钻柱越长，钻柱的动力稳定性就越差，其失稳区域就越大。     

水包油钻井液体系乳化剂优选的实验研究

水包油钻井液体系配制方法简单,抗温能力强,流动性好,滤失量低,稳定井壁能力较强,抗水油侵能力强,对储层伤害小,不影响电测和核磁测井,对环境污染小。乳化剂是决定形成何种类型乳状液的最重要因素,合理选择乳化剂是形成乳状液体系稳定的关键。文章对水包油钻井液体系的4种乳化剂FPR、AEO3、OP-10、T-60进行了电导率测定,粒度测定,静置观察实验,研究了FPR、AEO3、OP-10、T-604种乳化剂的稳定效果和乳化效果。研究发现,乳化剂FPR的乳化效果和稳定效果最佳,适合于配制水包油钻井液体系。     

解决塔河地区上部地层阻卡的聚合物钻井液技术

塔河地区上部地层具有欠压实、胶结性差、可钻性好、渗透性强、弱膨胀强分散的特点。在该段地层普遍存在起下钻阻卡现象。根据地层特点提出,使用好聚合物钻井液是降低阻卡、加快钻井速度的有效措施之一。现场实践表明,充分发挥聚合物钻井液的包被抑制性,抑制钻屑分散,并与高效固控相结合,可很好地实现钻井液的低固相,再控制适当的膨润土含量,保证了钻井液具有良好的流变性、携砂性和滤失造壁性,而且性能稳定,完全可以满足井下要求,大大降低阻卡的严重程度。具体钻井液技术为:聚合物包被剂分子量不低于2.5×106,在444.5 mm井眼的用量为3～4kg/m,在311.1 mm井眼为2～3 kg/m,使用充分溶解水化的胶液维护,配胶液用水矿化度越低越好;膨润土含量为20～35 g/L;钻井液精斗粘度为38～48 s,塑性粘度为10～18mPa·s,动切力为3～7 Pa,静切力为(1～3)/(2～5)Pa/Pa,滤失量为6～12 mL,固相的体积分数小于10％。     

聚合醇饱和盐水钻井液体系室内研究

聚合醇饱和盐水钻井液体系是一种适用于易垮塌、缩径,易漏易喷的大段盐膏层钻井和压力系数高的地层钻井的体系.该体系的主处理剂为聚合醇CFH-2、强封堵剂和抗高温抗盐降滤失剂OCl-PT等,采用密度为5.0 g/cm3的高密度铁矿粉或铁矿粉与重晶石的复配物(复配比例为3∶1)加重.聚合醇CFH-2具有可生物降解性,既能提高体系的抑制性、润滑性及储层保护性能,又可满足环保要求;抗高温降滤失剂OCl-PT能有效地降低饱和盐水体系在高密度(2.32 g/cm3)下的高温高压(130 ℃)滤失量(小于8 mL).聚合醇饱和盐水钻井液具有良好的抑制性、润滑性和储层保护效果,可有效抑制粘土矿物的水化分散,防止盐岩层的溶解,解决大段盐膏层、盐岩层易缩径、垮塌的问题;具有较好的失水造壁性、热稳定性以及悬浮稳定性,抗粘土侵和Ca2 污染的能力强.     

石榴皮作为抑制性钻井液处理剂的研究

将石榴皮作为钻井液添加剂,评价了其作用效能。结果表明,石榴皮对钻井液具有一定的降滤失作用,抗温性可达170℃以上;与改性淀粉配伍性好,在室温和120℃老化浆中具有较好的降黏、降滤失作用,与聚丙烯酰胺配伍性略差;泥球实验和线性膨胀率实验表明,石榴皮浆液对膨润土的水化膨胀有一定的抑制作用,且随着石榴皮量的增多,抑制效果越明显;粒度分析表明,石榴皮浆液对钻井液中的黏土具有一定的絮凝作用,可以显著提高黏土的粒径。     

优选暂堵剂粒度分布的新方法

为了实现屏蔽暂堵式钻井完井液能在井壁上形成渗透率接近零的泥饼,就要依据暂堵剂粒径与储层孔隙尺寸之间的最佳匹配关系,寻找出一种科学、合理的暂堵剂优选方法.阐述了优选暂堵方案的理想充填理论和d90规则.依据连续颗粒堆积理论所提出的理想充填理论对提高钻井液的暂堵效果具有指导意义,颗粒堆积效率越高,越有利于形成致密的泥饼,对储层的暂堵效果也越好.在此基础上提出了一种优选暂堵剂颗粒尺寸及其分布的图解新方法.依据该方法开发的配套软件能够根据相关地层参数,快速、准确地对暂堵剂产品进行合理的选择.实验结果表明,根据理想充填理论和d90规则建立的优选暂堵剂颗粒尺寸的图解新方法在原理上更加合理,优选出的复配暂堵方案能有效地形成致密泥饼,可达到十分理想的保护储层的效果,与传统方法相比,更有利于对中、高渗储层的保护.     

超临界二氧化碳钻井流体携岩特性实验

超临界二氧化碳钻井流体已在油田二次开发的侧钻井中成功应用。应用Angel 模型计算了超临界二氧化碳钻井流体在不同状态下携岩最低返速,绘制了二氧化碳钻井流体在不同温度下携岩需要的最低返速与压力关系曲线。根据相似性原理,设计开发了超临界二氧化碳钻井流体循环模拟实验装置。通过实验揭示了携岩能力随井斜角变化规律,即井斜角为0°～36°携岩最容易;井斜角为36°～54°携岩开始变得困难;井斜角为54°～72°携岩最困难;井斜角为72°～90°携岩变得相对容易;在40°C和8.5 MPa 条件下完成携岩所需最低携岩返速为0.637~1.019 m/s。随着井筒内压力增加,所需的最低携岩返速减少,即携岩能力逐渐增加。随着井筒内温度增加,所需的最低携岩返速逐渐增加,即携岩能力逐渐降低。实验结果与Angel理论模型的计算结果基本相符。