气体钻井钻具冲蚀磨损试验装置

针对现有冲蚀磨损试验方法和试验装置不能模拟实际气体钻井过程气体携岩冲蚀钻具的问题,开发了气体钻井钻具冲蚀磨损试验装置。该装置由风机、送风管、加料管、混合室、加速管、试验管、连接管、旋风分离器、尾管、水箱、气体流量计等组成。它能模拟气体钻井过程中,不同气体排量、机械钻速等钻井工艺参数及不同属性岩屑对钻具冲蚀磨损的情况,具有结构简单、管道封闭、不污染环境、运行噪声小等特点;也可以开展管道气固两相流的相关试验研究。     

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。     

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。     

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。     

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。     

粒子冲击钻井钻具冲蚀磨损研究

粒子冲击钻井技术是一种用于解决石油天然气深井硬地层钻井钻速慢和成本高的问题。该技术利用钻井液的水力能量携带的圆形钢粒以极高的速度冲击破碎岩石,钻井液所携带的钢粒会对钻具产生冲蚀磨损,尤其是在管径变化和管道弯曲处,钢粒对管壁的冲蚀磨损会导致钻具安全性降低,保障粒子冲击钻井安全作业是粒子冲击钻井技术研究的重要内容。为此,分析了影响钻具冲蚀磨损的因素,结合粒子钻井现场实际,研制出一种用于地面模拟粒子冲击钻井中钻具冲蚀磨损的实验装置,根据粒子冲击钻井实验提出,对较易磨损的弯接头、冲 管、滤芯三通、鹅颈管等部件要进行镀镍防磨、耐磨处理。以确保粒子冲击钻井的安全。     

中国石油天然气总公司1995年十大科技成果之九:大庆钻井全尺寸综合模拟试验装置

“钻井全尺寸综合模拟试验装置”是一套机电液一体化的能模拟井下钻具工况、测试钻井动态参数的综合模拟大型试验装置。该装置总体设计正确、技术先进。其中在综合模拟试验功能、钻柱振动模拟系统、动态测试系统和装置的稳定性等四方面具有特色,总体上居于国内领     

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.     

钻头材料磨蚀磨损实验研究探讨

简述了冲蚀磨损的概念、冲蚀磨损的分类、气蚀磨损与磨蚀磨损的联系与区别。阐述了钻头冲蚀磨损的危害性及我公司冲蚀磨损失效研究的现状。对钻头材料磨蚀磨损对比试验研究的必要性和可行性进行了分析。介绍了开展钻头材料磨蚀磨损研究的目的，论证尽快建立磨蚀磨损模拟试验装置和模拟试验方法的紧迫性和必要性。     

气体钻井钻柱失效因素分析与对策研究

文章通过对2005～2021年期间川庆气体钻井所发生的76次断钻具事故的统计分析,认为气体钻井中钻具失效的主要原因在于钻具疲劳、钻具振动、化学腐蚀以及高速冲蚀破坏等几个方面。其中,采用空气锤钻进时,在冲击力作用下钻具的瞬时中和点上移,疲劳点不一定集中于近钻头的Ø228.6mm钻铤;高频段的钻具振动对钻具产生的破坏影响较小,而低频段的钻具振动会引发低阶钻柱共振,进而引起钻具振动失效;在地层产水条件下实施气体钻井时,钻具易发生溶解氧腐蚀和二氧化碳弱酸性腐蚀,造成钻具的点蚀破坏;井底岩屑伴随高速气体呈间歇性的高速撞击钻柱形成冲蚀破坏,是造成钻具磨损失效的主因。基于上述原因分析,从优化钻具组合、完善雾化基液缓蚀工艺和气体注入参数等方面提出了具体的对策,为减少后期气体钻井过程中钻具失效机率做参考。     

气体钻井的岩屑特征及粒度分布测试

气体钻井因其独特的钻井工艺和优势，正在成为我国油气田勘探开发的主导技术之一。现场调研表明：与常规钻井液钻井相比，气体钻井中钻具的冲蚀磨损和断裂尤其突出，造成钻具过早降级和报废，钻井事故井数占总井数的77.8%。钻具的冲蚀磨损除与钻井工艺参数有关，还与岩屑的基本属性如粒径大小及其分布、形状、硬度等密切相关。采用筛分法对气体钻井的岩屑粒径分布进行了测定，得到了岩屑粒径分布的直方图，通过计算得到普光103-4井的岩屑平均粒径为1.05 mm，大邑3井的岩屑平均粒径为0.26 mm。岩屑的形状与钻井参数有关，空气锤破碎岩石的岩屑形状呈不规则片状，牙轮钻头破碎岩石的岩屑形状呈纺锤形。     

气体钻井井口腐蚀(冲蚀)检测装置设计与应用

为了提前预知气体钻井工况下可能引起的腐蚀(冲蚀)危险,研制了适用于气体钻井的井口腐蚀(冲蚀)检测装置。该装置克服了现有技术的不足,安装在气体钻井排砂管线(或测试管线)上,可快速真实监测气体钻井腐蚀(冲蚀)速率,为现场实施气体钻井提供指导,降低井控风险。现场监测结果表明,用该装置测得S135腐蚀棒的平均腐蚀(冲蚀)速率为9.5 mm/a,其表面光滑,局部有细小凹坑,属于典型的高速气流携带钻屑的冲蚀行为;P110腐蚀棒平均腐蚀速率为1.58 mm/a,其表面腐蚀均匀,有细小凹坑,主要为CO2的腐蚀产物FeCO3以及地层岩屑的主要成分SiO2,此外还夹杂少许地层水中的无机盐,符合CO2冲刷腐蚀特征。建议采用抗CO2腐蚀的管材或向环空添加缓蚀剂的方法预防腐蚀。     

用于全过程欠平衡钻井施工的井下封井器

针对常规的欠平衡钻井工艺不能解决起下钻、完井等作业过程中井底欠平衡压差的连续保持,无法实施全过程的欠平衡作业问题,研制了可用于全过程欠平衡钻井作业的井下控制工具——井下封井器。室内试验与现场应用情况表明(1)采用井下封井器实现了全过程的欠平衡钻井,显著提高了欠平衡钻井工艺水平和作业水平,起下钻过程中不需预先加入重钻井液,因此可有效地保护和发现油气层;(2)井下封井器与使用不压井强行起下钻设备相比,大大减少钻井作业时间,其适应性和使用性能更好,完全可以取代不压井强行起下钻设备。     

钻井双壁钻具研制与应用

为解决在充气钻井液欠平衡压力钻井时，使用常规井下动力钻具和随钻测量仪器进行井眼轨迹控制中遇到的技术难题，研制了双壁钻具。详细介绍了合理解决双壁钻具高压钻井液流道直径、气道直径和钻具强度等问题的方法，根据具体情况制定了特定的扣型，确定了双壁钻具的具体参数。现场试验表明，使用充气钻井液进行欠平衡钻井时，应用双壁钻具可使井下动力钻具和随钻仪器的性能不受影响，能进行正常的井眼轨迹控制。     

气体钻井钻具失效预防技术研究与应用

气体钻井中钻具失效频率明显高于钻井液钻井。失效钻具检验与分析表明,钻具失效类型为疲劳或腐蚀疲劳,钻具腐蚀类型为氧腐蚀。钻具失效的主要原因是：氧腐蚀与冲蚀、钻具疲劳（由钻柱反转、钻柱纵向振动、井眼弯曲引起）、钻具带伤工作、钻铤螺纹连接弯曲强度比不足等。空气锤冲旋钻井技术、钻柱防共振技术、加强钻具探伤及使用新钻具等能够有效预防和减少钻具失效。特别是牙轮气体钻井中,利用钻柱振动分析软件优选钻具组合和转速来避免钻柱共振以及及时对钻具进行探伤非常重要。这些措施已经成功应用于普光及周边区块,与2006年相比,2007年度、2008年度钻具失效频率分别降低37．7％和57．5％。此外,建议加强钻杆管体探伤、空气螺杆复合钻井技术、防涡动稳定器、选用API螺纹钻铤、钻柱振动监测与钻井参数优选相结合等方面进行综合研究和实施来全面预防钻具失效。     

深水钻井喷射下导管模拟试验装置的研制

深水钻井下喷射导管的钻井参数与陆地及浅水钻井存在较大不同.为了模拟喷射下导管过程,为深水钻井喷射下导管作业参数计算提供试验数据,根据深水喷射下导管的特点,以其工具及组合形式为基础,结合土力学基础理论,研制了深水钻井喷射下导管模拟试验装置.该装置主要由土箱、管柱系统、起吊系统、循环系统、加载系统和测量系统组成,可以模拟喷射下导管全过程,通过改变模拟试验中的喷射参数和岩土性质,并对导管的下入速率、承载能力(横向应变、竖向应变及承载能力)进行测量,进而可以研究深水钻井导管喷射作业过程当中,不同岩土性质条件下的喷射参数与导管下入速度和承载能力之间的相互关系和影响规律,建立导管作业参数优化设计方法,为深水油气钻探中导管喷射下入的优化设计提供参考.