塔里木油田钻具失效原因

塔里木油田山前构造带地质结构复杂,同时强化钻井技术在塔里木油田得到应用,使得钻具在井下的使用环境恶劣,钻具工况复杂,导致塔里木油田钻杆加厚过渡带刺漏和钻具螺纹失效事故较多。文章从钻井工艺、钻杆材料特性等方面着手,探讨了塔里木油田钻具失效的原因。这些原因包括：强化钻井工况对钻杆的技术要求高;高转速引起的共振、钻柱的反转运动和钻杆材料机械性能指标等。     

铝合金钻杆在塔里木油田推广应用前景分析

介绍了铝合金钻杆的结构特点和材料特性,分析了其适用范围.认为:铝合金钻杆在塔里木油田含H2S井使用可有效防止钻杆发生应力腐蚀开裂和电化学腐蚀;在水平井和大斜度定向井使用可以减缓钻杆接头的热裂问题;在深井和超深井使用可减轻钻柱重量,增加钻井深度;在复杂井使用可增加套管下入深度.铝合金钻杆发生断裂事故之后容易将落鱼部分磨掉,这有利于提高处理井下复杂情况或事故的能力.同时指出了使用铝合金钻杆存在的问题和应注意的事项.     

气体钻井用Φ139.7 mm钻杆DS55螺纹接头断裂原因分析

在采用气体钻井技术施工过程中,所使用的Φ139.7 mmDS55双台肩大水眼钻杆发生了外螺纹断裂事故。该钻杆是为深井、超深井降低钻井循环压耗进行水力优化开发的钻杆,钻杆接头外径为184 mm,内径为101.6 mm。在钻井液环境下具有良好的降压耗作用。对断裂外螺纹的断口形貌进行了宏观和微观分析,对该外螺纹接头材料的力学性能和金相组织进行了试验分析。结果表明,钻杆外螺纹接头材料符合API SPEC 5DP标准要求。对钻杆接头结构及承载力分析,水力优化的大水眼钻杆螺纹的抗拉和抗扭强度低于5FH规格的API接头。由于该外螺纹接头在气体钻井中承受了较大的交变载荷,因而发生了疲劳断裂。     

Ф127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Ф127mm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。     

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。     

渤海钻探公司成功研发高抗磨加重钻杆

<正>随着油田勘探开发的不断深入,深井、水平井及裸眼段条件下钻井数量增多,底部钻具组合需要大量的加重钻杆。钻速高及地层研磨性强等因素使加重钻杆接头和中部加厚部分磨损严重,造成加重钻杆早期报废率极高,易引发井下钻具失效等钻井事故,这种情况不仅影响了钻井生产,而且增加了钻井成本。为此,渤海钻探公司积极进行技术攻关,组织技术人员认真分析不同地层环境下的钻井施工特点,研究了加重钻杆抗磨技术,成功研制了高抗磨加重钻杆。通常的钻具保护     

双通道钻杆反循环钻井方法在深水钻井中应用的可行性探讨

以陆地双通道钻杆反循环钻井技术为基础,结合深水钻井工艺特点,设计了深水双通道钻杆反循环钻井工艺流程及关键设备;计算分析了双通道钻杆反循环钻井方法应用于深水钻井中的优势,探讨了该方法应用于深水钻井所面临的技术难题,并提出了解决措施。这些研究成果对双通道钻杆反循环钻井方法应用于深水钻井具有借鉴意义。     

塔里木油田钻杆刺漏原因分析

对塔里木油田钻杆刺漏进行了大量的现场资料统计分析，总结出其钻杆刺漏位置主要发生在Φ244的套管内钻杆的母接头端的加厚过渡带，提出该位置是研究的重点。对塔里木油田和塔河油田钻杆失效进行了详细地对比分析，得出塔里木油田钻杆刺漏的主要原因：(1)高转速、高泵压以及大环隙比；(2)钻杆加厚过渡带及接头直角台肩根部疲劳裂纹扩展；(3)钻井液具有严重的腐蚀性，裂纹扩展处涂层剥落，发生严重的腐蚀疲劳，最终被高压钻井液冲蚀刺漏。针对这些原因，提出了塔里木油田钻杆刺漏的预防措施和建议。     

世界级延伸钻井的钻杆技术

扩大延伸钻井规模的项目在世界各地正处于计划阶段,钻井工程师不再担心是否能钻50 000 ft(1 ft=30.48 cm)的延伸井,而是担心是否能安全高效地完成钻井.据估算,钻井时钻入最后10%目标层所发生的费用占整个费用的一半.本文讨论了对于要达到未来延伸井的目标而具有重大意义的最新钻杆技术,包括合成钻杆、钛钻杆和铝钻杆的应用优势及存在的问题.     

铝合金钻杆在长水平井段延伸钻进的可行性

目前国内页岩气钻井的重点研究攻关目标是垂深4 000 m以深的长水平段水平井,长水平段钻柱需要钻杆传递更大的轴向力来抵抗沿程的摩擦阻力,采用轻质铝合金钻杆是一种具有较大实施可行性的延伸钻进变革性新技术,而对于其摩阻扭矩特性、钻压传递规律、屈曲特性以及安全可靠性等问题则尚未开展系统研究。为此,基于Hamilton原理建立多尺寸铝合金钻柱动力学模型,通过HHT-α法对模型进行求解,进而对比了水平井段铝合金钻具和钢钻具的接触摩阻、钻压传递规律及其影响因素。研究结果表明:①铝合金钻杆在水平段的压力损耗明显小于钢制钻杆;②因其材质较软,小尺寸的铝合金钻杆在钻井过程中极易发生屈曲,导致钻压传递效率下降,甚至发生"钻杆自锁"现象;③较大尺寸的铝合金钻杆屈曲变形较小,其减摩减阻效果优于小尺寸铝合金钻杆,外径147 mm的铝合金钻杆的摩擦阻力仅为外径129 mm铝合金钻杆的71.9%。结论认为,小尺寸铝合金钻杆的刚度无法满足苛刻的长水平段页岩气钻井条件,而大尺寸铝合金钻杆则是解决其延伸钻进难题的重要前提条件之一。     

盐岩层钻大斜度井的井壁稳定性研究

针对盐岩井段易发生蠕变缩径,引起卡钻、固井后又易发生挤毁套管等事故的现象,应用有限元方法,建立了描述盐岩层中斜井井眼蠕变缩径的空间力学模型,从岩石力学角度分析了塔里木油田羊塔克地区盐岩层钻大斜度井的井壁稳定性,论述了一定地应力状态下井斜角和方位角对井眼缩径的影响规律.该研究成果为盐层段定向井井眼轨迹设计、合理确定泥浆密度和盐岩层钻井施工提供了理论参考,已成功应用于塔里木地区钻遇盐岩层时钻井工程的设计和施工.     

微观组织对高强度超级13Cr材料性能的影响

为了满足塔里木盆地含CO_2致密砂岩气藏氮气钻完井一体化管柱的需要,中国石油塔里木油田公司与钻杆生产厂家联合研制了一种既满足钻井工况又能满足完井和采气工况的高强度超级13Cr不锈钢油钻杆。为检验该油钻杆的可靠性,开展了管材的机械性能和腐蚀性能室内试验检测对比研究:采用金相显微镜观测得出了该油钻杆金相组织特征;采用拉伸试验机和示波冲击试验机实验测得了该油钻杆材料的基本力学性能;采用高温高压循环流动腐蚀仪实验获得了模拟工况下油钻杆材料的耐腐蚀性能。结果表明,超级13Cr油钻杆金相组织均匀、δ-铁素体含量符合标准要求;拉伸性能达到了S135级钻杆的强度要求,屈服强度达953 MPa;冲击性能优于S135级钻杆,冲击功达165.56 J;在模拟高温、高含CO_2、高矿化度采气工况下油钻杆耐均匀腐蚀和耐点蚀性能良好,而较高的δ-铁素体含量对照样在模拟采气工况下出现严重点蚀,不能满足油田生产要求。结论认为,新研制的超级13Cr油钻杆性能优良,将在塔里木油田氮气钻完井作业中得到充分应用。     

某G105钻杆接头损坏原因分析

为了找出某油田G105钻杆内、外螺纹接头损伤原因,对现场使用的失效钻杆接头进行了宏观分析、理化性能检验、金相及显微组织分析。结果表明,受损的钻杆内、外螺纹接头的化学成分和力学性能均满足API SPEC 5DP—2009标准要求,钻杆接头主要的失效原因为粘着磨损,是在上扣过程中扭矩过大造成的,同时,螺纹脂涂抹不均匀、钻杆接头镀层质量欠佳也是造成粘着磨损的因素。     

华北油田钻具腐蚀与防护

华北油田钻具腐蚀非常严重，并且主要是由地层中的CO2和钻井液携带的O2引起的，因腐蚀而失效的钻具达到钻具总失效量的60％以上，由此而造成的经济损失高达2000多万元。华北石油管理局钻井工艺研究院研制出DPI型缓蚀剂，该缓蚀剂为咪唑啉衍生物，无毒、无味，不污染环境。对DPI型缓蚀剂的缓蚀效果及其与钻井液的配伍性进行了室内实验评价。实验结果表明，DPI型缓蚀剂在加量为0．2％～0．3％时缓蚀率基本在85％以上，最高可达90％，而且与钻井液的配伍性好。介绍了DPI型缓蚀剂在华北油田冀中地区的现场应用情况。DPI型缓蚀剂的使用不仅能减缓钻井液中的CO2和O2对钻具的腐蚀，还可以避免发生因腐蚀疲劳而引起的钻具本体剌穿事故，延长钻具使用寿命，缩短钻井周期，从而获得一定的经济效益。     

基于Walker模型的空气钻井钻柱疲劳寿命算法

空气钻井工况中的钻柱受力非常复杂,钻柱在井下既自转又反转,且在空气锤的作用下不断地上下纵向振动,该振动对钻柱的破坏最严重,在复合载荷作用下常造成钻柱疲劳损伤。修正了钻柱轴向应力和疲劳裂纹计算公式,并运用第四强度理论计算出裂纹处的平均应力;提出新的基于Walker模型的钻柱疲劳寿命算法,并结合Walker模型的计算结果,解释了塔里木油田空气钻井钻具大量刺穿失效的原因。     

S-135钻杆应力腐蚀与纵向开裂失效分析

为了分析S－135钻杆在起钻过程中突然断裂的真正原因，对断件进行失效分析，首无排除了材料化学成分、金相组织、机械性能等因素引起断裂，从断口宏观分析中发现钻杆断裂存在纵向裂纹和横向裂纹，断口微观检测分析确定横向断裂是韧性断裂，先产生纵向脆性开裂而后才被拉断，纵向断口的形貌特征为沿晶开裂花样，并有许多二次裂纹，是应力腐蚀断口花样。因此，判断钻杆是由于应力腐蚀造成断裂，引发早期失效。     

某S135钻杆管体断裂失效分析

针对某S135钻杆断裂事件,对失效样品进行了宏观检验、理化性能测试及断口分析。结果显示,失效样品内外表面均被腐蚀,腐蚀坑内有较多裂纹,理化性能符合标准要求。分析表明,钻杆断裂是交变应力和腐蚀介质共同作用的结果,腐蚀坑的提前形成大大缩短了钻杆的使用寿命。建议钻杆下井使用后要彻底清洗,加强存储期间的防护,并在使用前进行无损检测,防止失效事故发生。     

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...     

某S135钻杆管体断裂失效原因分析

针对某井下S135钻杆管体出现的断裂失效现象,通过无损检测、化学成分、力学性能、金相以及旋转弯曲疲劳寿命试验分析等方法,对S135钻杆出现断裂失效的原因进行了分析。分析认为,钻杆在腐蚀介质下产生腐蚀坑,在交变载荷的作用下,腐蚀坑底萌生疲劳裂纹并扩展,最终导致钻杆管体断裂失效。建议对该批钻杆进行外表面磁粉及超声波无损探伤检测,以避免带有裂纹的钻杆下井使用;当钻速发生数量级的突变时,应对钻遇岩层的岩性和钻头的磨损程度进行综合分析,及时起钻检测钻头,避免同一钻杆在复杂位置长时间工作。