钻杆刺穿原因统计分析及预防措施

对某油田2004年钻杆刺穿情况进行了调查研究,得到钻杆内加厚过渡带部位刺穿是钻杆刺穿失效的主要形式。分析认为,大多数钻杆内加厚过渡带刺穿裂纹起源于钻杆内壁,其刺穿机理和过程为,钻杆内壁腐蚀或者涂层破坏后腐蚀→形成腐蚀坑→腐蚀坑底产生腐蚀疲劳裂纹→裂纹扩展→刺穿或断裂。钻杆从内加厚过渡带部位刺穿的原因与钻杆内加厚结构尺寸、材质抗疲劳裂纹萌生和扩展的能力有关,同时也与井身质量、井身结构和转盘旋转速度有关。为防止或减少深井和超深井油田钻杆刺穿事故提出了预防措施。     

基于可重构钻杆加厚区超声自动探伤标定方法

因钻杆管端加厚区壁厚变化不均,所以用超声自动探伤技术对其探伤时无法标定,难以实现缺陷的定量分析。为此,提出了基于可重构钻杆加厚区超声自动探伤标定方法。它采用测厚传感器自动生成钻杆内、外壁轮廓图,检测传感器根据重构的轮廓自动调整姿态,得到缺陷处对应壁厚及探伤数据,通过数据修正后拟合成壁厚与波高的关系曲线,实时跟踪系统依据该曲线在不同厚度处自动调整探伤仪增益值,保持加厚区缺陷信号的一致性,达到缺陷定量检测的目的。试验结果表明,可重构钻杆加厚区超声自动探伤标定方法可以检测出所有缺陷,经修正后的探伤数据也能为钻杆缺陷定量分析提供依据。     

钻杆生产技术的发展与展望

介绍了钻杆生产技术的发展及现状, 指出目前国内外钻杆的生产均采用摩擦焊接方法,钻杆的失效形式主要是疲劳断裂、腐蚀疲劳和超载, 失效部位主要是钻杆管体加厚过渡区、钻杆接头螺纹和焊缝区。据此详细阐述了摩擦焊钻杆管体和接头的生产工艺与技术要求, 以及焊接工艺流程和技术要求, 指明通过严格控制管体坯料和接头坯料的冶金工艺, 改善钻杆管体加厚过渡带形状等可有效提高钻杆的使用寿命。最后就钻杆的发展方向提出了建议。     

超声波探伤在钻杆加厚过渡带检测中的应用

文章介绍了SONIC137型超声波探伤设备的组成、作用及原理。该设备采用超声波检测技术,检测钻杆加厚过渡带壁厚和裂纹类缺陷,通过现场应用,解决了ARTIS-II型漏磁检测设备检测钻杆时加厚过渡带成为盲区的问题。     

钻杆加厚过渡带几何结构对应力集中的影响

油气井钻井过程中,钻杆主要失效部位是加厚过渡带处,该处容易形成应力集中,尤其在狗腿井段中的交变载荷作用下,表面易形成疲劳裂纹源,导致刺漏甚至断裂事故的发生。针对这一情况,应用有限元软件建立钻杆加厚过渡带力学模型。该模型公母接头共同建模,可以施加轴向拉力、内外压力、扭矩和弯矩,能很好地模拟狗腿井段的钻杆受力,为改进钻杆加厚过渡带结构设计提供理论依据。力学分析结果表明,最大应力出现在加厚过渡带内锥面消失处,且母接头端的应力比公接头端应力水平高;减小加厚过渡带内孔直径、增加内锥面长度、加大内锥面消失处圆角半径都可以减小钻杆应力集中系数。但在现有加厚过渡带结构的基础上改变加厚过渡带尺寸对减小钻杆应力集中效果并不明显,建议从改变加厚过渡带结构上入手来降低钻杆的应力集中系数。     

φ127mm G105钻杆加厚区刺穿失效分析

通过力学性能测试、化学分析、金相组织和断口分析,对某井φ127 mm G105钻杆加厚区刺穿失效原因进行分析。结果表明,钻杆加厚区刺穿失效的原因是管端在礅粗加厚过程中加热温度过高,造成外表面形成厚的脱碳层和氧化层,礅粗变形量过大使得外表面的脱碳层和氧化层在礅粗过程中被挤入管体内部形成条带状分布的折皱缺陷。在钻井过程中交变应力作用下,深折皱底部首先萌生疲劳裂纹,随着裂纹的扩展,最终导致钻杆加厚区发生刺穿失效。     

石油钻杆高速检测方法及设备

影响石油钻杆质量的常见缺陷是横向裂纹，杆体腐蚀，偏磨使钻杆壁变薄，端头焊接不良，尤其是两端加厚部分与杆体过渡部分的各种缺陷危害最大，钻杆高速检测设备采用漏磁高速检测法和多探头喷淋水耦合超声动态高速测法，能一次性检测杆体部分，两端加厚部分和焊接部分的质量，设备不但能可靠探测钻杆的内外表面及内部各种缺陷，而且能精密检测管体各处的壁厚，具有精度高，稳定可靠，定位图形显示直观，存储检索方便，检测盲区小和全自动化检测，分选等特点，设备主要技术指标满足国际ISO，ASTM，API，DIN，JIS，BS和我国GB／T12606相关标准。     

内加厚锥体长度对钻杆疲劳寿命的影响

钻杆的过早失效是钻井工程中的严重问题。这些失效还常发生在内加厚(IU)钻杆和内外加厚(IEU)钻杆的内锥体(M_(iu))区域或靠近内锥体与加厚部分的交汇处。本文图解说明了这种失效的一些例子,并提出增加锥体长度和加厚壁厚作为解决方法。     

钻杆加厚过渡带几何尺寸的优化选择

钻杆刺漏大都发生在钻杆加厚过渡带消失处，优化选择钻杆加厚过渡带几何尺寸是重要的措施。没有使用常规方法对过渡带进行模拟以研究应力集中系数，而是在有限元中分别观察钻杆内壁和外壁液体流场速度、节点压力等数值的变化，同时改变钻杆加厚过渡带各几何参数，综合考虑流体速度和节点压力场分布，推荐出钻杆加厚过渡带几何尺寸最优组合。     

Ф127mm S135型钻杆管体刺穿失效分析

通过力学性能测试、金相显微组织和断口分析,并结合钻杆的受力状态,对一例Ф127mmS135型钻杆刺穿失效原因进行分析。结果表明:钻杆管体的刺穿失效为腐蚀疲劳失效,疲劳裂纹起源于管体内加厚锥面消失部位对应的外壁腐蚀坑底部,当微裂纹扩展穿透壁厚时,高压泥浆刺穿,形成刺孔。     

钻杆流场诱导腐蚀模拟

钴杆是钻柱系统的重要组成部分,在工作中除要承受多种载荷外,还要受到钻井液等流体的诱导腐蚀,是钻柱系统的薄弱环节,现场实际工作中钻杆失效事故更是频繁发生.而钻杆失效高发区域便为加厚过渡带,传统上的钻杆失效数值模拟分析采用的主要方法是建立钻杆加厚过渡带的力学模型,从该区域受到载荷的情况下分析其等效应力的分布和应力集中系数的...     

失效分析促进了钻杆结构设计优化

通过钻杆内加厚过渡带,内壁腐蚀,接头台肩,扭矩台肩等出现大量失效后进行的结构设计优化案例,有力地说明了失效分析在钻杆构件结构设计优化中所发挥出的重要作用,极大提高了钻杆质量和使用寿命,促进了钻杆标准的修订,有效地降低了钻杆失效事故的发生。     

φ127塔标钻杆

为满足深井、超深井安全快速钻井的需要,塔里木油田研制了φ127mm塔标钻杆。该钻杆设计的是新型加厚过渡区结构,改善了应力分布,降低了应力集中系数,提高了钻杆防刺漏性能;加大了接头内径,降低了钻柱内压力损耗;提高了接头材料屈服强度和螺纹基面节径,增加了接头连接强度。该钻杆具有低循环压耗、高疲劳寿命的特点,对提高钻速、预防失效、提高水力破岩能力、延长钻头寿命有显著的作用,满足了塔里木油田超深复杂井强化钻井的需要。     

海洋钻井平台立根自动连接系统的设计与优化

顶部驱动钻井系统以立根为单元进行钻进,但立根的连接在国内尚没有成熟的技术来实现,使立根的连接和顶驱钻进不能同步进行。为此,分析了国内外海洋钻井平台钻井船用立根连接系统的发展现状,设计了用于海洋钻井平台的立根自动连接系统。该系统主要由钻杆排放架、钻杆输送机构及立根连接机构组成。利用ANSYS有限元软件对系统及关键部件进行了有限元分析,分析结果表明,系统结构可靠,稳定性好,满足系统长期运行的需要。     

液压动力钻杆排放猫道设计与应用

针对目前我国钻机用钻杆坡道、钻杆猫道、钻杆排放架都是独立部件,需要单独运输,搬家车次多,组装和拆卸需要吊车,不具备向钻台自动送入单根及下放钻杆(或甩钻)功能的状况,设计了一种液压动力钻杆排放猫道。该钻杆排放猫道以液压为动力,能实现低位排放钻杆、钻杆送入钻台接单根等功能,送单根上钻台和引回猫道既可在控制房内手动操作,也可在钻台进行远程遥控操作,能减轻工人劳动强度,缩短接单根时间,降低建井周期和成本。     

气体钻井用钻杆阀的研制与应用

气体钻井过程中,常规的配套工具无法满足工艺要求,为此而研制的气体钻井用钻杆阀由钻杆阀短节、缓冲垫、密封部件、阀座、销轴、圆柱扭簧和阀板等组成。该阀不仅具有常规单向阀的功能,还可使测斜仪上下顺利通过,不影响测斜作业。现场试验表明,钻井阀开关灵活,密封可靠,提高了气体钻井时接单根的效率和作业的安全性,测斜时不碰、挂测斜仪。     

塔里木油田钻杆技术的探索与实践

塔里木油田钻井条件苛刻,钻杆失效事故频繁发生。针对塔里木油田钻杆使用的实际难题,在现有钻杆标准基础上开展了多项钻杆技术研究,探索出适应于塔里木油田的钻杆订货技术条件,并研制出适应于塔里木油田苛刻工况钻井要求的非标钻杆。为避免钻杆事故的发生,提高了钻杆分级检测标准,制定了严格的现场探伤周期规定,加强了入井钻杆质量的控制。这些措施对于塔里木油田降低钻杆失效率,延长钻杆使用寿命具有重要意义,对于其它油田也具有借鉴意义。     

钻柱中声波传播特性理论分析与试验研究

为验证声波在钻柱中的传播特性,获取适合传输井下信息的频率点或频段,以127.0mm钻杆为研究对象,基于理想钻柱的频率方程,分析了不同长度钻杆的频率与波数的关系。分析认为,钻杆长度的不均匀性将导致钻柱通频带的交集缩小,若钻柱每个周期由不同长度的钻杆连接组成,通带将变窄,甚至在某些频带上因没有重叠部分而形成很宽的阻带。基于理想钻柱的瞬态响应方程,分析了钻杆接头对声波的反射作用,得到了声波通过多根钻杆后的瞬态特性。在室内采用每根长1.5m的钻杆短节,进行了全尺寸接头钻杆短节声波传播特性试验,研究了不同频率声波在不同长度钻柱中的传播特性,验证了声波在钻柱中传播存在梳妆滤波器特性和色散现象,得到了适合钻柱中传播的声波频率范围和一些频率点,可为声波系统样机的研制提供理论基础和依据。     

石油钻杆的生产现状与发展趋势

介绍了石油钻杆的发展和目前国内外石油钻杆的生产现状,分析了钻杆生产工艺及生产中存在的焊接飞边的去除、抗硫钻杆的应用以及强度与韧性的关系等问题。同时,针对钻杆在深井、超深井、大位移井和水平井的不断应用,展望了钻杆生产的发展趋势,即钻杆的制造向智能钻杆、铝合金钻杆、抗腐蚀钻杆、高强度钻杆、复合材料钻杆、内平外加厚钻杆以及双台肩钻杆等多元化发展。