气体钻井钻具失效原因与预防措施

气体钻井技术已被世界公认为是缩短钻井时间、降低钻井成本、解放油气层的一种实用技术,但是随之出现的钻具失效问题成为广大钻井工作者面临的一道技术难题。针对气体钻井钻具失效问题进行了国内外文献检索和现场情况调研,特别对川东北和伊朗南部地区TABNAK气田气体钻井钻具失效情况进行了深入调查。结合相关理论和现场经验对现场资料进行分析,找出了气体钻井钻具失效的主要特点及原因,并提出了避免井下钻具失效的合理技术措施。     

气体钻井中钻柱失效试验研究

为了研究气体钻井中钻柱在冲蚀和振动工况下的力学性能,通过使用新研制的能模拟气体钻井钻柱同时受到振动及冲蚀情况的试验装置,进行了不同钻具组合情况下钻柱力学性能试验和钻柱冲蚀试验。试验结果表明,气体钻井过程中,钻柱所受交变应力波在由底部钻柱向上传播时有一定的衰减,但衰减程度不大,所以下段钻柱的应力值对上段钻柱的受力有较大影响;钻柱绕井简反转将增大钻柱所受的交变应力,且转速越高交变应力变化越大,从而加深钻柱损伤程度;钻柱冲蚀量随着注气量的增大而增大,但其增大是非线性的。     

气体钻井钻具失效因素与机理分析

气体钻井中钻具失效事故频发,严重阻碍了气体钻井技术的规模化应用.通过现场调研发现,气体钻井钻具失效率为钻井液钻井钻具失效率的2～10倍,且在钻杆、加重钻杆、钻铤处均有发生,脆断特征明显.定性分析了导致气体钻井钻具失效的主要因素,包括工作载荷、振动、热效应、冲蚀、腐蚀、井径扩大和冲击.指出剧烈振动和热积聚是除工作负载以外引起钻具异常失效的主要因素,其次是冲蚀、腐蚀和井径扩大.动载效应和钻具局部热效应的耦合作用达到一定程度后,钻具局部产生裂纹,然后在上述因素的综合作用下,裂纹快速扩展,钻具发生脆断.     

气体钻井钻柱失效机理分析

川东北地区气体钻井申钻柱失效情况的统计资料表明,钻柱失效主要表现为磨损和断裂,分析可知,气体钻井时钻柱失效严重除与高速岩屑的冲蚀,井壁岩石的磨损、酸性介质环境的腐蚀有关外,还与钻拄承受更为复杂的动态应力密切相关.动力学分析结果表明,与钻井液钻井相比,气体钻井时钻柱的动态明显增大,动态应力的变化幅度和变化频率也明显提高,这是造成钻柱失效的主要原因之一.因此,防治气体钻井钻柱失效应切实重視钻柱动态应力的控制,目前条件下,加强钻柱的探伤工作,确保入井钻柱的抗疲劳破坏能力和使用减振工具是较为有效的预防钻柱失效的技术措施.     

气体钻井钻柱失效的热因素分析

针对气体钻井钻柱频繁失效问题,建立了钻柱与井壁摩擦生热闪温温升计算模型,研究了局部温升在钻柱表面产生的热应力,通过平均表面传热系数评价了气体钻井环空压缩空气对局部摩擦热的携热能力,并给出了计算算例。研究结果表明,钻柱对井壁的侧向力较大时,钻柱与井壁的接触摩擦可以使钻柱局部表面产生高达几百摄氏度的闪温温升,该温升使钻柱局部表面产生很大的热应力,随后高速气流携走全部或部分摩擦热。分析认为,摩擦热是导致气体钻井钻柱异常失效的重要因素。热过载或热疲劳与机械载荷共同作用使钻柱表面产生微裂纹,从而加速气体钻井钻柱失效。     

气体钻井钻具失效原因分析及预防措施

随着气体钻井技术的广泛应用,对气体钻井钻具失效原因及预防措施的研究非常迫切,且具有重要的现实意义。本文阐述了气体钻井的概念及优点,说明了气体钻井钻具失效现状,分析了气体钻井钻具失效原因,提出了钻具失效预防措施。     

气体钻井钻柱失效统计及其失效原因分析

气体钻井在国内外油气田得到了大量的应用,也出现了大量的钻柱失效事故.为了找到气体钻井钻具失效的原因和为气体钻井的更广泛应用提供理论支持,文章收集了大量的气体钻井失效案例,进行分类整理和分析,得到了气体钻井钻柱失效特点及其失效的原因,为钻柱失效的深入研究提供了方向.     

气体钻井钻柱疲劳失效周期分析

钻柱的频繁失效严重制约着气体钻井的发展。为研究钻柱的疲劳失效周期,以深直井全井钻柱为研究对象,基于疲劳寿命预测的Forman模型,综合考虑深直井钻柱的动力学特性和气体钻井过程中局部热因素对钻柱疲劳寿命的影响,建立了气体钻井钻柱疲劳寿命计算方程。以川西某实钻井为例,利用建立的气体钻井钻柱疲劳寿命计算方程,对气体钻井条件下的钻柱疲劳寿命进行了计算,并与该层段钻井液钻井参数下的钻柱疲劳寿命进行了对比,初步获得了气体钻井与钻井液钻井的钻柱疲劳寿命关系模型。分析结果表明,气体钻井的钻柱疲劳寿命对初始裂纹非常敏感,初始裂纹越大钻柱寿命下降越明显;气体钻井各井段钻柱的疲劳寿命均明显低于钻井液钻井。      

气体钻井钻柱抗疲劳短节设计与应用

气体钻井过程中由钻柱运动（包括公转和纵向共振） 引起的钻具疲劳断裂,造成了大量的井下钻具事故,成为推广应用气体钻井技术的障碍。为此,设计开发了气体钻井用抗疲劳短节：该短节组装采用花键联接;通过对轴向冲击力作用的下部钻具力学仿真分析,钻进中抗疲劳短节的花键芯轴与花键外筒产生相对位移,压缩筒内二甲基硅油吸收冲击力,从而使安装抗疲劳短节的钻铤应力水平降低30%。现场应用结果表明：安装应用抗疲劳短节的钻柱扭矩参数变化不大,钻进平稳且未发生跳钻现象,钻头受力均匀,钻时比较稳定;出井的短节经探伤检测合格级别为I级,进一步验证了抗疲劳短节可以有效预防钻柱在气体钻井中所产生的钻具疲劳断裂问题,有利于钻柱在气体钻井中长期安全工作。     

普光气田气体钻井钻具失效原因分析及预防措施

气体钻井技术虽然大幅度提高了普光气田上部陆相地层钻井速度，但屡次出现钻具失效事故，不仅影响钻井速度，而且威胁井下安全。分析了钻具失效规律，并通过宏观分析判断钻杆为疲劳和腐蚀疲劳断裂，钻铤为疲劳断裂。从气体钻井自身因素、钻柱运动（包括公转和纵向共振）、钻具腐蚀、钻井方式、钻铤弯曲强度比不足等方面分析钻具失效原因，提出使用空气锤钻井技术、加强钻具探伤、优化钻具组合和钻井参数、缓解钻具腐蚀、加强钻柱振动监测等预防措施。指出应加强气体钻井钻具失效的微观机理、钻柱运动与动力学、岩屑对钻具的冲蚀磨损、钻具腐蚀、消除钻柱公转等方面的研究以预防钻具失效。     

复杂深井钻具失效研究

通过对各大钻探公司和油气田在复杂深井钻探作业中出现大量钻具失效事故的调研和对钻具失效案例失效分析结果的统计分析,全面、系统地阐述了复杂深井钻探过程中钻具失效的现状、失效形式和失效原因,提出了预防复杂深井钻具失效的措施,对保障深井、超深井等复杂深井的钻具安全具有重要的指导意义。     

普光气田气体钻井钻具失效情况及其规律研究

气体钻井技术不同于常规钻井液钻井,截至2007年,普光气田开展气体钻井现场施工30余井次,在该气田勘探开发建设工程中发挥了重要作用。但是,在气体钻井现场应用中已经暴露出不少问题,其中最大的问题之一就是断钻具事故频繁,多数进行气体钻井施工的井,或多或少地发生过断钻具事故。对普光气田气体钻井的断钻具事故进行统计分析发现,气体钻井钻具失效形式以断为主,牙轮钻头钻井钻具失效频率远高于空气锤钻井;钻杆断口多呈现腐蚀疲劳和应力腐蚀特征,而钻铤断口规则,表现为疲劳断口特征。最后,初步给出了预防气体钻井钻具失效的4项技术对策,并提出今后的攻关研究方向,为今后的理论研究和现场试验有较好的实际指导作用。     

气体钻井钻铤磨损后的安全性分析

气体钻井中,由于缺少钻井液润滑,钻铤与井壁容易发生剧烈摩擦碰撞,导致钻铤快速磨损,严重时造成钻具失效。首先,分析了钻铤磨损形貌,发现主要有均匀磨损、一侧偏磨和两侧偏磨3种情况。然后,针对气体钻井钻铤磨损较为严重的问题,基于川东北地区LJ-1井NC61-90钻铤磨损失效数据和剩余强度、剩余强度率、强度校核、安全系数方法,建立了磨损后钻铤的有限元模型,对钻铤均匀磨损、一侧偏磨和两侧偏磨后的剩余强度、剩余强度率和安全系数进行了计算分析。结果表明:钻铤磨损后剩余强度降低较快,磨损较严重钻铤的强度和安全系数较低,其原因为磨损钻铤壁厚局部变薄,且在钻井过程中承受非均匀载荷。建议气体钻井采用低转速的空气锤钻井工艺,也可适当使用气体钻井专用稳定器,并加强对磨损钻铤的管理。      

气体钻井过程中的钻具失效研究

近年来,气体钻井技术在国内得到了迅速发展,取得了阶段性的研究成果,各大油田纷纷在符合气体钻井作业的地层开展气体钻井作业,取得了显著成效,机械钻速是同区块泥浆钻井的2～4倍.随着气体钻井数量的增加,钻具失效问题日益突出,已影响到气体钻井的安全和推广应用.结合气体钻井工艺特点,对气体钻井钻具失效的特点进行了分析,为制定预防措施奠定了基础.     

气体排量对钻柱振动的影响规律

在气体钻井过程中,钻柱截面的变化会使高速气流产生涡旋,诱发钻柱振动,影响钻井安全.通过对气体环空流速与压力的计算,模拟得到气体对钻具的冲击作用规律以及气体排量对振动频率的影响.结果表明:钻柱在高速流体的作用下发生了变形,变形最大值均在拐点处;钻柱的各阶纵向振动频率和横向振动频率随注气量增加而增大,对高阶频率的影响较大,对低阶频率的影响较小.     

空气钻井钻柱疲劳断裂计算分析

在现场调研空气钻井钻柱断裂现象的基础上,利用目前断裂力学较成熟的理论和试验数据对钻柱疲劳失效进行了分析计算。简述疲劳裂纹的特点及形成,对裂纹扩展速率的影响因素,即,应力变化量、裂纹长度、温度、过载峰进行分析,并对钻杆裂纹不扩展的临界转速及临界钻压进行计算,得出一些防止钻柱过早疲劳失效的参考结论。建议现场技术人员应高度重视钻具的使用和管理,坚持钻具定期探伤,同时尽可能使用优质钻杆和钻铤。     

陕北富县探区钻具失效原因分析及对策研究

统计分析表明，陕北富县探区频繁发生钻具失效的主要原因是钻具在井下承受的交变应力较大，从钻具优选、钻压和转速匹配、钻井液性能等方面优选了适合该地区安全钻进的钻具组合与工艺技术，从而减少了钻具失效事故的发生。以两口井为例，介绍了钻具失效事故的处理与预防，对今后钻井施工有一定的借鉴作用。