钻头流道上的刷镀实践

在牙轮钻头流道表面剧镀一层较硬的保护层，可以显著地增加钻头流道的抗冲蚀能力，克服喷射钻井中钻头因其流道受泥浆冲蚀而早期失效的缺陷，增加钻头工作的潜力。     

流道强化三牙轮钻头

针对三牙轮钻头的流道在高泵压、大排量、组合喷嘴和高固相泥浆条件下钻井时，易发生流道冲蚀破坏，流道强化三牙轮钻头利用现有钻头将牙掌喷嘴座孔的入口倒成圆角，在流道易冲蚀部位刷镀一层高堆积镍，从而提高了流道的耐冲蚀能力，延长了钻头的工作寿命，基本满足了当前强化钻井的要求。     

82/H517钻头流道的冲蚀失效与改进措施

1992～ 1996年 82只流道冲蚀刺穿的 8 H5 17钻头的统计数据表明 ,冲蚀失效钻头的年投诉率达 5 0 %左右。针对该型钻头流道的结构缺陷 ,提出了改进措施 :(1)改进钻头流道形状 ,增加分流结构 ,使流道截面积变化平缓 ;(2 )适当调整水孔入口段的直径 ,使其与喷嘴入口的台肩从升坎变为降坎 ;(3)修改喷嘴的装配尺寸及其公差 ,减小喷嘴的轴向间隙和径向间隙 ,并适当增大喷嘴密封圈的最小压缩量 ;(4)用螺纹环取代卡簧锁紧喷嘴 ,以消除喷嘴的轴向间隙 ;(5 )增大水孔入口处圆弧的曲率半径 ,尽可能减小凸台 ,使流线更趋平缓。改进后的钻头纯钻时 70h以上未出现流道冲蚀失效现象 ,耐冲蚀寿命比改进前提高近 1倍     

8(1/2)H517钻头流道的冲蚀失效与改进措施

１９９２～１９９６年８２只流道冲蚀刺穿的８＾１／２Ｈ５１７钻头的统计数据表明，冲蚀失效钻头的年投诉率达５０％左右。针对该型钻头流道的结构缺陷，提出了改进措施：（１）改进钻头流形状，增加分流结构，使流道截面积变化平缓；（２）适当调整水孔入口段的直径，使其与喷嘴入口的台肩从升坎变为降坎；（３）修改喷嘴的装配尺寸及其公差，减小喷嘴的轴向间隙和径向间隙，并适当增大喷嘴密封圈 的最小压缩量；（４）用螺纹环取     

粒子冲击钻井钻头内流道冲蚀特性研究

粒子钻头喷嘴及内流道水力参数设计、冲蚀规律及防冲蚀和耐磨损研究对粒子冲击钻井技术的成败至关重要。通过理论分析、数值模拟及试验研究相结合的方法,设计了粒子钻井用射流喷嘴及流道结构,研究了粒子钻头内流道冲蚀特性,并提出了粒子钻头内流道防冲蚀和耐磨措施。研究结果表明,粒子钻头采用等径12 mm锥直型双喷嘴组合,内流道收敛段和加速直线段长度分别为37和60 mm,喷嘴入口直径25 mm,收缩角半角10°;粒子钻头内流道由于过流断面突变存在多个低压漩涡区,可能导致内流道空蚀磨损,而冲蚀磨损主要在内流道底部,可通过倒角直径变大和内流道镀镍表面强化处理措施解决;钻头内流道最大冲蚀磨损率不到1%,冲蚀磨损较轻,说明内流道结构设计合理。     

江钻股份公司推出新产品

江钻股份公司在确保产品质量、优化售后服务的同时,结合具体的钻井用途狠抓新产品的开发研制,取得了显著的成果。在喷射钻井方面,为了提高钻头水功率和减小钻头流道的冲蚀,公司开发出了新型低喷嘴座双流道钻头,这种钻头的优点包括:(1)在钻头流道中心设计有导流块,形成分流道曲面,可使钻井液强制性地分流到分流道中;(2)将钻头流道设计为两个分流道的双喷嘴座结构,以加大钻井液上返空间和井底漫流速度;(3)将喷嘴座台肩设计为斜角形,且喷嘴座入口直径稍小于喷嘴直径,从而消除了常规钻头喷嘴座台肩处容易发生环状冲蚀的问题。经现场试验证明,低…     

81／2H517E型双流道低喷嘴座钻头

主要论述81/2H517E型双流道低喷嘴座钻头，不仅无2#分流道和喷嘴座，而且流道边界均为圆滑曲面，无棱角和台肩，尤其是缩短了喷嘴座出口距井底距离。因此，耐冲蚀能力强，减少乃至避免了发生汽蚀破坏的几率，提高了辅助破岩和清洗效果。钻头仅改变水力系统的结构尺寸和加工工艺，因此易上线成批量生产。     

绥中36-1油田新型钻头的优化设计及应用

绥中36-1油田是我国海上第一个超大型油田,在开发初期,一口井通常需要3只钻头完成二开Ф311．15mm井眼钻进作业．程序复杂,成本高。为了提高作业效率,根据绥中36—1油田的地层特性,深入分析了岩石可钻性,以及钻头使用过程中出现的断齿、齿脱落、冲蚀和泥包现象。通过优化设计钻头冠部形状、切削齿结构、水力结构和刀翼数,并在钻头冠部增加Lo—Vibe减震设计,延长了钻头使用寿命．提高了机械钻速和水力效果;同时采用新型表面防磨涂层,加强了钻头抗冲蚀能力。最终,实现了1只PDC钻头完成一口井二开钻穿明化镇、馆陶组,钻至东营组地层完钻井深的新突破,减少了起下钻次数．缩短了建井周期,对于渤海油田类似井作业具有一定的参考价值。     

PDC钻头井下流动可视化实验研究与冲蚀分析

在自行开发设计的PDC井下射流实验平台上, 通过丝线法和高速摄影手段进行了PDC钻头井下流场结构的可视化实验。发现井下多股射流的流场为不稳定场, 在靠近钻头肩部的流道附近存在强烈的漩涡; 对流场的可视化研究表明破坏钻头的主要因素可能是随漩涡而冲击钻头壁面的岩屑和气相的溃灭冲蚀以及水力设计不合理而造成流道堵塞; 破坏出现的主要位置应是钻头头部多喷嘴之间的区域、喷嘴本身及其周围区域和筋板及流道的逆压力梯度区。因此, 有必要在多喷嘴射流的钻头上加设一中心喷嘴打破井下的涡结构, 以减轻对钻头中心部位的破坏。     

防砂管金属丝编织过滤网堵塞-冲蚀破坏微观损伤机理研究

为了探明防砂管金属丝编织过滤网在防砂生产过程中的破坏机理,采用全尺寸防砂筛管冲蚀模拟装置,实验研究了一定含砂浓度条件下生产压差对筛网堵塞-冲蚀破坏的影响规律和微观损伤机制。结果表明：生产压差越大筛网防砂失效的时间越短,防砂失效时的筛网质量损失百分比临界值为0.45%,超过该临界值后挡砂失效;筛网多数过流孔被砂粒堵塞,导致含砂流体过流速度分布不均,造成筛网局部冲蚀破坏,形成破坏“热点”; SEM/EDS微观分析发现,编织网金属丝迎流外表面并未发生明显冲蚀损伤,而金属丝泄流面冲蚀损伤严重,认为堵塞滞留在编织网孔处的砂粒在流体压差的作用下会以较高的动能和一定的角度弹射撞击到编织网泄流面邻近金属丝隆起阻挡高速砂粒流动的区域、造成金属丝磨损、切削损伤,建议通过控制生产压差来降低编织网泄流侧的冲蚀程度,通过改变编织孔网三维结构来改善筛网的抗冲蚀破坏能力。本文研究结果对防砂筛管冲蚀破坏原因分析和长效防砂筛管设计有一定指导意义。     

中心分区式PDC钻头流场数值模拟

为证实Φ215.9 mm中心分区式PDC钻头具有更好的冷却和携岩性能,根据钻头底部轮廓包络面建立了Φ215.9 mm中心分区式与常规PDC钻头刀翼流道流场模型,对模型大压力梯度区域运用非均匀结构网格技术进行了局部细化,模拟了两种水力结构对井底流场及各流道内流量的影响。结果表明,中心分区水力结构形成的弱连通区域,使各流场区域的流量分配更加合理,并可缓解流体对钻头冠部的冲蚀,有利于流体及时冷却切削齿,减小钻头热磨损可能性,提高携岩能力和降低原生泥包发生概率。PDC钻头采用中心分区水力结构不会增加钻头布齿及刀翼等结构设计和加工制造的难度,并能提高水力效率,推荐在适用PDC钻头地层的中深井段常规钻井和复合钻井中使用。      

节流管汇冲蚀磨损研究及结构改进

提高节流管汇的抗冲蚀能力、减少节流管汇的失效概率,对于成功控制溢流、实现井控安全有重要意义。从冲蚀磨损机理、数值模拟仿真和结构改进等方面开展了节流压井管汇防冲蚀磨损研究。模拟结果认为,随着开度的增大,钻井液冲蚀速度在不断降低,但钻井液速度仍高于临界冲蚀速度,冲蚀区域主要发生在下游管路入口和出口附近的管壁上。针对数值分析结果,提出了节流管汇结构改进方案。改进后的节流管汇现场试验时,防冲刺短节内部无明显的冲蚀现象,防刺效果较好,满足现场使用要求。     

PDC钻头冲蚀机理分析与研究

冲锋是影响PDC钻头功能和寿命的重要原因之一。只有正确认识冲蚀破坏的机理,才能有效地防止冲蚀的发生,以提高钻头使用效益。本文经过现场调研、理论分析和实验研究,发现在实际井底流场中存在着漫流、逆向流和涡流等多种流动。造成钻头冲蚀的主要原因则是逆向流和涡流。当携带有众多小岩屑的洗井液在沿钻头底面作逆向流和涡流时,钻头体和钻头牙齿就得到了不断的磨蚀和冲蚀。随着喷距和离射流冲击中心距离的减小,逆向流流速增大,对钻头冲蚀加剧。多喷嘴的相互干扰,使钻头中心区域下的岩屑不能及时清除,该区流动异常紊乱,旋涡丛生,首当其冲的是钻头冠部被冲蚀,据此,应进一步研究钻头水力结构设计,使用中心喷嘴和优选水力参数,以期解决PDC钻头的冲蚀问题。     

地下储气库注采井完井冲蚀问题初探

通过分析冲蚀产生的原因及影响因素，认为冲蚀程度是由冲蚀流速所控制。当气体流速低于冲蚀流速时，不发生冲蚀或冲蚀不明显；当气体流速高于冲蚀流速时，会产生明显的冲蚀。提出地下储气库注采井防冲蚀方法，并推导出防冲蚀所需油管最小直径的计算公式。     

基于油井生产动态数据的出砂油井筛管冲蚀模型

筛管冲蚀损坏是油井常见的防砂失效形式,现有筛管冲蚀模型过于复杂,不能直接应用于在役油井筛管失效风险的量化分析。为了解决筛管冲蚀模型的现场应用问题,首先通过大量的室内实验数据拟合建立了冲蚀质量损失率的数学模型,并根据油田现场实际生产情况进一步简化模型,提出表征筛管冲蚀作用程度的参数C,建立了基于油井动态生产数据的筛管冲蚀失效分析的数学模型。以渤海Q油田为例,进行出砂油井筛管失效的计算分析,分析结果与现场测试结果完全一致,表明该模型可有效判断出砂油井井下筛管的工作状态。最后通过在役井C值与冲蚀临界值C_a的对比分析,形成了基于筛管冲蚀在役井的出砂风险预警方法,从而实现精准把控油田的出砂管理风险。     

牙轮钻头焊缝失效分析

针对1#、2#、3#三只钻头的焊缝失效特征的分析，归纳出牙轮钻头焊缝的主要失效形式和其失效原因，以避免今后出现类似的失效情况。     

烟气轮机叶片冲蚀特性数值研究

烟气轮机长期在高温烟气环境服役，烟气中催化剂颗粒持续在流道中冲蚀磨损叶片。利用数值计算方法建模分析了流道内气固两相流动特性和冲蚀特性，探讨了催化剂颗粒直径、导流锥型线、动静叶片轴向间隙和节距比等因素对冲蚀特性的影响。研究结果表明，催化剂颗粒冲蚀主要发生在静叶片尾部边缘、动叶片前缘吸力侧和压力面、动叶片叶顶尾缘区域，动叶片冲蚀情况比静叶片严重。静叶片尾部边缘的冲蚀主要由小直径催化剂颗粒撞击引起，动叶片前缘和叶顶尾部边缘的冲蚀破坏由较大直径催化剂颗粒引起。随着催化剂颗粒直径的增加，颗粒撞击位置逐渐沿叶片高度方向向着叶顶尾部边缘移动，动叶片前缘和叶顶尾部边缘的冲蚀加剧。合理的导流锥型线有助于保持更均匀的颗粒分布，从而减少颗粒集中冲蚀。轴向间隙的增大能缓解动叶片尾部边缘的冲蚀破坏，但气动性能会有所降低。适当增大节距比，能在一定程度降低动叶片尾部边缘冲蚀率密度。     

浅析偏轴接头对钻具失效的影响

在钻井施工作业中，偏轴接头具有一定的防斜效果，为了达到较好的防斜目的，必须增大钻井时钻头的转速，在高转速的作用下，偏轴接头加剧了钻具先期疲劳失效。文中分析了使用偏轴接头对钻具各部分受力情况的影响及导致钻具失效的原因。     

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。     

高压高产气井屈曲管柱冲蚀损伤机理研究

天然气在油管内高速流动对管柱造成冲蚀损伤,严重威胁气井生产和作业的安全。装有封隔器的管柱在井下各载荷作用下易发生屈曲变形,此时高压气体对管柱的冲蚀作用将更加严重,易造成井下管柱失效甚至井场事故。为此,根据发生屈曲后正弦弯曲和螺旋弯曲管柱内流道特点,以天然气流体动力学理论为基础,针对克拉2气田一口高压高产气井建立了油管的计算流体动力学模型（CFD模型）和气井出砂时砂粒对屈曲油管的冲蚀模型。对天然气在螺旋弯曲和正弦弯曲流道内流动规律进行了数值模拟,研究了砂粒对油管内壁的冲蚀速度和剪切力,得到天然气对弯曲油管的作用力以及屈曲管柱内的冲蚀规律,为实时准确地预测高产气井管柱的冲蚀损伤状态提供了依据,为管柱冲蚀损伤预防措施的提出提供了理论基础。 引用格式:练章华,魏臣兴,宋周成,等.高压高产气井屈曲管柱冲蚀损伤机理研究［J］.石油钻采工艺,2012,34（1）:6-9.