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。     

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。     

新型特殊结构钻杆在塔河油田超深井的应用

井底水力能量是影响超深井钻井速度的主要因素之一,通过对超深井水力能量进行分析,采用Ф177.8 mm小接头外径和Ф101.6 mm大水眼的Ф139.7 mm双台肩钻杆,能有效降低循环压耗,增加钻井排量,提高超深井的机械钻速。6 000 m井深使用Ф139.7 mm双台肩大水眼钻杆,在相同排量下循环压耗比普通Ф139.7 mm和Ф127 mm API钻杆分别降低3.47 MPa和10.91 MPa;相同压降下排量比普通Ф139.7 mm和Ф127 mm API钻杆分别提高4.5 L/s和10 L/s。子母接头钻杆配合气动卡盘使用,实现了超深井单吊卡起下钻,有效减少了钻杆本体的损伤,可节约起下钻时间。现场试验表明,新型特殊结构钻杆可有效提高超深井钻井速度。     

超深井水力脉冲空化射流钻井试验研究

在分析超深井水力脉冲空化射流钻井机理的基础上,在塔里木油田中古区块的2口超深井上进行了水力脉冲空化射流钻井现场试验.试验表明:水力脉冲空化射流在不改变原有钻具组合和钻井参数的情况下可以有效提高超深井机械钻速,并且对延长钻头寿命有一定的作用;水力脉冲空化射流发生器性能稳定,使用寿命长,完全可以满足现场需要.     

国外轻质高强度钻杆研究与应用

为提高超深井钻井能力,提出了轻质高强度钢钻杆和非钢材料钻杆的新思路。介绍了国外复合材料钻杆、铝合金钻杆和轻质超高强度钢钻杆的性能特点、技术指标及现场应用情况,为国内相关单位解决超深井钻井难题提供以下建议:超高强度钢钻杆可以成为克服深井钻井中拉伸应力阻碍的手段;非金属钻杆可以成为一种远期的克服深井钻井难题的选择,但是需要持久的投入与攻关;轻质高强度钻杆可以为我国川东北和塔里木等地区复杂超深井钻井提供保障。     

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.     

Φ149.3 mm钻杆高强度接头数值分析

大位移井、深水井和超深井钻井中Φ149.3 mm钻杆旋转台肩接头不能满足API标准高抗扭矩的要求，限制了Φ149.3 mm钻杆性能的发挥。为了充分发挥Φ149.3 mm钻杆的性能，基于有限单元法理论，根据钻杆接头轴对称的特点，将三维问题简化为二维问题，设计了一种新型Φ149.3 mm钻杆双台肩接头，使用ANSYS软件模拟近似分析接头螺纹在各种情况下的强度，再与Φ139.7 mm接头对比，验证其高抗扭矩的性能。通过ANSYS模拟计算，证明了Φ149.3 mm钻杆双台肩接头的高抗扭性能，能够满足现场的应用。     

φ73mm(S135)直连型钻杆的研制及应用

为解决小井眼钻井、小井眼水平井钻井和φ139.7 mm套管开窗侧钻井中输送测井仪器和钻水泥塞的技术难题,研制了φ73 mm(S135)直连型钻杆。其钻杆接头与管体一体化,不需要摩擦焊接,通过减小API规范φ73 mm钻杆的接头外径和设计新型钻杆螺纹,增大了接头外径与井眼的环空间隙,满足在深井中输送测井仪器和钻水泥塞施工的要求,保证了井下安全。现场应用情况表明,该钻杆抗拉、抗扭和密封性能可靠,机械钻速明显提高,钻井施工更加顺利。     

超深井小钻工具接头螺纹结构研制与应用

为适应塔里木油田深井和超深井勘探与开发的恶劣工况，同时针对其深井、超深井小钻工具的疲劳失效问题，研制了一种特殊螺纹（TMXT36）结构的超深井小钻工具，该特殊螺纹结构减少了每英寸的牙数，加长了外螺纹接头最末完全扣到外台肩的距离，比常规的螺纹多设计了3 扣，减小其刚性，增加了弹性，从而提高其抗疲劳寿命（2.5 倍）；该螺纹结构将扣根的最大应力转移到了接触面较宽的螺纹导向面上，降低了螺纹根部的疲劳缺口敏感系数（3.5）。该特殊螺纹与油田现有的NC38、TX60 和TH90 螺纹有限元对比分析得出:TMXT36 的应力集中系数和其疲劳缺口敏感系数为最小，其抗疲劳寿命比其他螺纹接头提高了2.5 倍，其试制成品在塔里木油田得到了应用和验证。     

大位移井超高抗扭双台肩钻杆接头的设计

为解决大位移井钻杆接头剪切失效的突出问题,根据钻杆接头受扭时的变形协调关系,设计出一种高抗扭双台肩钻杆接头,其结构特征为:主、副台肩长,螺纹锥度小以及牙底圆角半径大。首先基于虚功原理、Von Mises屈服原则以及接触非线性理论,建立该钻杆接头的三维数值仿真模型;然后利用正交优化方法,对其关键结构参数进行正交优化,获得了该钻杆接头关键结构参数的最优组合为:锥度1︰16、螺距6.55 mm、导向面角度29°、承载面角度28°、牙高3.755 mm。进而采用Abaqus和Fe-safe对比计算了该钻杆接头与API钻杆接头的承载性能和疲劳性能。结果表明:①该钻杆接头与API钻杆接头相比,抗拉性能提高10.65%,抗扭性能提高62.5%,抗弯性能提高2.75%,抗压性能提高52%;②该钻杆接头比API钻杆接头的拉压疲劳寿命提高1.19倍,弯曲疲劳寿命提高1.74倍,扭转疲劳寿命提高550倍,复合疲劳寿命提高28.79%。结论认为,该钻杆接头在不降低抗拉能力、抗弯能力和抗压能力的前提下可以大幅提高抗扭能力,可更好地满足大位移井的钻井条件。     

宝钢钻杆再创国内超深井钻探新纪录

日前,从塔里木油田传来捷报,宝钢钻杆在塔里木油田克深7井,成功钻探至地下8 023 m,打破了2008年宝钢钻杆在塔里木油田创造的7 620 m的中石油最深井纪录,创造了国产钻杆钻探超深井的新纪录。     

钻杆接头PT100耐磨带的敷焊工艺与应用

在深井、超深井、丛式井、大斜度井、水平井的钻井过程中,套管经常被磨穿,造成严重损失,因此对钻杆接头耐磨带提出了更高要求。针对钻杆接头耐磨带现状,开发出新型钻杆接头耐磨带材料PT100及其敷焊工艺。新型钻杆接头PT100耐磨带在钻井应用中表明,(1)与钢质钻杆接头相比,套管磨损减少86％;(2)与碳化钨耐磨带的接头相比,套管磨损降低76％;(3)在大斜度井中,由于摩擦系数减小,大大降低了钻具旋转阻力,扭矩增大30％,节省材料消耗10％;(4)在裸眼钻井环境下,更大程度地保护钻杆接头,减小磨损。     

钻杆接头多轴疲劳寿命

在实际钻井过程中,钻杆接头以螺纹连接处的疲劳破坏为主,导致钻井成本显著增加。现有对钻杆接头的研究主要集中于钻杆接头的静力学特性分析,少有涉及钻杆接头的疲劳破坏的研究。基于虚功原理、Von Mises屈服准则及接触非线性理论,考虑螺纹升角的影响,建立了钻杆接头的三维有限元计算模型,分析了钻杆接头的上扣特性及其在复合载荷作用下的力学特性。基于材料S-N曲线,综合考虑尺寸系数、应力集中系数、表面加工系数及表面强化系数的影响,确定了钻杆接头的弯曲疲劳S-N曲线理论模型,通过对比验证建立了满足工程要求的钻杆接头疲劳有限元计算模型。运用多轴疲劳算法,计算了钻杆接头在复合交变载荷下的疲劳寿命,分析了残余应力和表面质量对疲劳寿命的影响。研究结果表明,在上扣扭矩或复合载荷作用下,钻杆接头最大Mises应力均出现在公扣第1有效啮合螺纹牙根处;弯曲井段API钻杆接头的疲劳寿命较小,建议开发适合超深井、水平井、大位移井及大斜度井的专用钻杆接头;残余应力与表面质量对钻杆接头的疲劳寿命影响较大,在钻杆接头螺纹根部引入可控的残余压应力和改善表面质量可以大幅提高其疲劳寿命。     

基于水力能量利用效率的超深井钻井提速技术

水力因素是影响钻速最活跃的因素之一。为了最大限度地利用水力能量,提高超深井钻井速度,利用编制的软件,对影响水力能量利用效率各因素进行了分析。结果表明,超深井采用?139.7 mm钻杆代替?127 mm钻杆,1000 m可减小泵压约0.6 MPa;黏度每降低10 mPa·s,泵压可降低0.4 MPa左右;密度每增加0.1 g/cm3,泵压增加0.8 MPa左右;排量每增加1 L/s,泵压增加1 MPa以上。同时,分析了超深井钻井喷射钻井的可行性及实现方式,指出超深井水力参数设计需按最小流量法设计,为提高超深井钻井速度提供了有益的参考。     

适合特深井的双台肩钻杆接头副台肩间隙的确定

为了满足越来越苛刻的钻井工况的要求,全球各大钻具制造厂商不断开发出具有更优越性能的特殊螺纹钻杆接头,普遍增加了副台肩结构形成双台肩钻杆接头。但是面对超深井和特深井复杂工况,现有钻具接头的副台肩间隙是否满足要求至今未被关注。为此,通过建立具有不同副台肩间隙的双台肩钻杆接头三维弹塑性有限元模型,分析了副台肩间隙对接头应力分布特征和抗扭性能的影响,确定了适合特深井的双台肩钻杆接头合理副台肩间隙。研究结果表明:①不同轴向力(对应不同井深)工况条件下,副台肩间隙对双台肩钻杆接头主台肩、副台肩、螺纹牙的承载比例有着很大的影响;②大轴向力条件下主、副台肩的承载相对较小而螺纹牙的承载较大,减小副台肩间隙可有效降低螺纹牙承载比例;③所考察的NC50双台肩钻杆接头,当轴向力小于3 000 kN(井深小于9 000 m),建议副台肩间隙选择0.40 mm;④当轴向力大于3 000 kN(井深大于9 000 m),建议副台肩间隙选择0.20mm。结论认为,根据井深特点使用具有更合理副台肩间隙的双台肩钻杆接头,可以有效地提高接头的使用性能、降低接头失效风险。     

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根据塔里木探区油层埋藏较深，地层情况特别复杂，钻井难度高，单井钻井时间长，套管的磨损很严重的特点，章提出了采用一种新型的钻杆耐磨带材料，在钻杆母接头根部凸焊70mm宽，2－3mm厚的耐磨带。现场实践表明，新型耐磨带可以实现对套管和钻杆的双重保护，有效地解决了塔里木油田深井套管磨损的难题。     

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。     

双台肩钻杆接头提高抗扭强度

本文介绍了一种新型的双台肩钻杆接头的结构、原理和应用情况，并以实例说明了该接头在提高抗扭强度，降低钻井时的水力损力和增加钻杆灵活性等方面的作用。     

铝合金钻杆拉伸性能及应用特点

利用拉伸试验结果,通过与G105钢钻杆进行对比,分析了铝合金钻杆的拉伸弹性、塑性和强度性能,结果表明:铝合金钻杆拉伸性能完全符合GB/T 20659标准要求;与G105钢钻杆相比较,铝合金钻杆虽然强度较低,但具有良好的弹性变形能力和足够的塑性储备;铝合金钻杆强度质量比高,弹性模量小,在钻深井、超深井中可大幅减轻钻柱质量,在通过定向井和大位移水平井弯曲井段时产生的弯曲应力小。有利于提高钻井安全和效率,延长钻柱使用寿命。     

气体钻井用钻杆磨损后剩余强度分析

针对气体钻井钻杆偏磨较为严重的问题,基于气体钻井钻杆磨损数据调研,建立了磨损后钻杆有限元模型,对钻杆接头和本体均匀磨损、一侧偏磨和两侧偏磨后剩余强度进行了数值模拟。通过对5FH-72S钻杆磨损后剩余强度计算分析后,得出如下结论:钻杆接头和本体均磨、一侧偏磨和两侧偏磨后应力峰值较大,与之对应的钻杆接头剩余强度降低较快,钻杆本体剩余强度比接头剩余强度降低更严重。建议油田加强钻具管理,制定钻杆磨损后合理使用的标准。该项研究工作对揭示气体钻井钻杆失效机理和科学使用磨损钻杆具有指导意义。