深井鉆具失效原因分析與預(yù)防對(duì)策

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1、深井鉆具失效原因分析與預(yù)防對(duì)策深井鉆具失效原因分析與預(yù)防對(duì)策摘要：鉆具服役條件惡劣，是鉆井設(shè)備工具的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，特別是在深井、超深井及復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下鉆井，鉆具失效事故時(shí)有發(fā)生。如果不加以預(yù)防及處理就可能造成鉆井周期延長(zhǎng)，鉆井效率下降，從而造成經(jīng)濟(jì)上的巨大損失。本論文首先從理論的角度總結(jié)深井鉆具失效的機(jī)理，提出預(yù)防深井鉆具失效的措施，對(duì)提高深井鉆井速度，降低鉆井成本有重耍意義。關(guān)鍵詞：深井鉆具；失效；疲勞壽命；對(duì)策中圖分類(lèi)號(hào)：TE245深井鉆具失效是鉆井過(guò)程中的常發(fā)事故。如果不加以預(yù)防及處理就可能造成鉆井周期延長(zhǎng)，鉆井效率下降，進(jìn)而造成經(jīng)濟(jì)上的口大損失。因此，提高鉆具本身質(zhì)量，加

2、強(qiáng)鉆具管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除深井鉆具的不安全因素，找出深井鉆具失效事故發(fā)生的規(guī)律，有針對(duì)性地采取相應(yīng)措施，進(jìn)而有效的控制各類(lèi)鉆具失效事故的發(fā)生，具有重要意義。1選題背景隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，當(dāng)今社會(huì)對(duì)右油資源的需求越來(lái)越大。伴隨著淺部油氣層的長(zhǎng)期開(kāi)采，各大主力油田現(xiàn)大多進(jìn)入了開(kāi)發(fā)的后中期，淺層勘探很難發(fā)現(xiàn)大型的油氣資源，因此，在今后的油氣勘探中，深井和超深井將成為國(guó)內(nèi)外各大油氣田增產(chǎn)上儲(chǔ)的主要手段。鉆具失效在石油鉆井界是普遍存在的。在深井、超深井鉆井過(guò)程中，鉆具的受力狀況和井下環(huán)境異常惡劣，處在內(nèi)、外充滿(mǎn)鉆井液的狹長(zhǎng)井眼里工作，通常承受壓、彎、扭力等載荷，鉆具在井下的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)復(fù)

3、雜的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。在鉆井過(guò)程中，鉆具主耍的運(yùn)動(dòng)是旋轉(zhuǎn)向下的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還總伴隨著各種振動(dòng)。在鉆井過(guò)程中鉆具在任何部位斷裂都會(huì)造成嚴(yán)重的后果，甚至使井報(bào)廢。2失效機(jī)理2.1鉆具失效疲勞引起疲勞極限與應(yīng)力集中有明顯的關(guān)系，凡產(chǎn)生應(yīng)力集中的各種因素,均使疲勞極限降低。在鉆具組件中連接螺紋是引起應(yīng)力集中的最直接、最關(guān)鍵的因素，導(dǎo)致鉆具的疲勞破壞的一個(gè)關(guān)鍵因素是由于鉆具的連接螺紋部位的交變彎曲應(yīng)力中。2.2鉆具在井下要發(fā)生彎曲，在旋轉(zhuǎn)吋就會(huì)承受交變彎曲應(yīng)力由于鉆具本身剛度大，而其螺紋連接部分比其管體剛度小，螺紋連接部位容易彎曲。彎曲的鉆具在井下旋轉(zhuǎn)吋承受交變應(yīng)力。試驗(yàn)表明，在同一循環(huán)特性下，交

4、變應(yīng)力的最大值越大，破壞前經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù)越少；反Z,降低交變應(yīng)力屮的最大應(yīng)力，便可以使破壞前的循環(huán)次數(shù)增加。連接螺紋應(yīng)力集中是由于螺紋部位復(fù)雜而特殊的截面形狀引起的，交變應(yīng)力則是鉆具動(dòng)力學(xué)因素造成的。鉆具螺紋連接部位本身是薄弱環(huán)節(jié)，是應(yīng)力集中區(qū)，在該部位產(chǎn)生微小裂紋，引起疲勞破壞。鉆具連接螺紋失效主要是由于承受彎曲交變載荷，彎曲最劇烈的部位是螺紋的消失端的扣底部分，再加上嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，連接螺紋成為最容易失效的部位。鉆具在井下的運(yùn)動(dòng)和受力是十分復(fù)雜的，其中橫向彎曲振動(dòng)是引起交變應(yīng)力的直接原因。嚴(yán)重的鉆具振動(dòng)對(duì)鉆具是相當(dāng)有害的，其中鉆具的橫向振動(dòng)在絕大多數(shù)情況下都會(huì)引起鉆具的損

5、壞。井眼偏心、下部鉆具組合的初始曲率、鉆具在使用其間的磨損、熱加工處理等都可能造成鉆具的質(zhì)量不平衡，而下部鉆具組合在使用扶止器后，受軸壓鉆挺質(zhì)量偏心，兩扶正器Z間，扶正器與鉆頭Z間，頂扶正器Z上鉆挺質(zhì)量偏心等，都加劇了鉆具質(zhì)量的非平衡程度。這種質(zhì)量不平衡是引起鉆具橫向振動(dòng)的根源。2.3深井鉆井特殊性(1)鉆井工程的系統(tǒng)性和復(fù)雜性。對(duì)鉆井技術(shù)、操作方法和鉆井工具等提出了更高的要求；(1)深部地質(zhì)條件惡劣。地層巖性一般為上軟下硬，并且可能有軟硬交互的地層，容易出現(xiàn)瞥鉆、跳鉆現(xiàn)象，使得鉆具發(fā)生疲勞失效的幾率加大；(3)鉆井周期長(zhǎng)。下部巖石的可鉆級(jí)值高，鉆時(shí)慢，鉆進(jìn)困難；(4)地溫梯度高

6、。平均地溫梯度40C—SOC/lOOm,井深4000m左右，井底溫度達(dá)160C上。2.4正因?yàn)樯罹@進(jìn)時(shí)存在的這些特點(diǎn)及復(fù)雜因素，深井鉆具失效問(wèn)題H益表現(xiàn)出來(lái)嚴(yán)重影響了深井的鉆井速度；處理這些事故耗費(fèi)了大量的人力和物力，這說(shuō)明需要進(jìn)一步研究鉆具失效的機(jī)理，進(jìn)而達(dá)到提高鉆井效率、降低鉆井成本的效果。3預(yù)防措施3.1加強(qiáng)鉆具的探傷和檢驗(yàn)鉆具的檢驗(yàn)和探傷可分為三個(gè)層次進(jìn)行，第一是井隊(duì)在起下鉆時(shí)快速冃測(cè)檢測(cè)；第二是專(zhuān)門(mén)人員在現(xiàn)場(chǎng)管架上進(jìn)行目測(cè)及使用儀器檢驗(yàn)；笫三是在管子站進(jìn)行全面嚴(yán)格的分級(jí)檢驗(yàn)。3.2選擇合適的彎曲強(qiáng)度比和最佳緊扣扭矩(1)應(yīng)該選擇適合木地區(qū)的彎曲強(qiáng)度比(2.0-3.2)

7、,以保證內(nèi)、外螺紋接頭彎曲疲勞強(qiáng)度和平衡。在鉆具外徑容易磨損、井下有腐蝕介質(zhì)的情況下，應(yīng)選擇較大的彎曲強(qiáng)度比。相鄰鉆具的剛度差別不能太大，這對(duì)井眼曲率大的井特別重要，以免剛度小的鉆具發(fā)生疲勞?！闱闆r下應(yīng)使用相鄰鉆具的剛度不大于3?5—5?5。(2)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作參數(shù)，計(jì)算選用最佳緊扣扭矩，保證鉆具正常工作而不會(huì)失效。2.3減小螺紋處的應(yīng)力集中，改善應(yīng)力分布(1)使用根部圓角半徑較大的數(shù)字型螺紋，并采用高疲勞壽命接頭螺紋(LET扌II),通過(guò)降低螺紋故后嚙合處的螺紋牙高度，改善鉆具