浅造斜点与钻具疲劳累积失效的关系及启示

通常定向井深度在3 000~5 000m的设计造斜点为200~500m,而国内不同地区已发生多起因浅造斜点施工作业一定时间后出现频繁刺漏、断钻具等失效问题。为此,通过对几起案例的共性分析,以及进一步从材料力学和钻具疲劳的角度开展理论研究,得出了浅造斜点与钻具累积疲劳极限的关系及结论,主要包括:1发生严重的钻具频繁刺漏、钻具断裂的主要原因是钻具疲劳损伤累积;2造斜点越浅,钻杆疲劳所需的最低弯曲应力幅越小,较小的狗腿度即可达到损伤累积极限,井越深越危险;3钻杆镦粗加厚带及其附近位置为现代钻具生产的薄弱区,是最主要的应力集中点,成为最易发生刺漏、断裂的位置。最后,提出了设计、现场施工作业的预防措施:1若非特殊设计目的施工需要,钻井设计应尽可能避免设计浅造斜点的中深定向井;2针对浅造斜点井设计时,应根据钻具疲劳损伤累积法计算出最大许可狗腿度,从源头上避免钻具进入损伤累积极限区;3施工中应对钻具疲劳寿命做出有效预测,进行更严格的管理,对钻具做出及时检验和分级。     

富阳一井钻杆刺漏分析及预防措施

文章探讨了东海海域富阳一井钻井施工中出现的钻杆刺漏现象 ,并对刺漏钻杆进行解剖研究 ,结合国内外钻杆刺漏的事例 ,指出腐蚀疲劳是钻杆刺漏的根本原因 ,并提出了预防钻杆腐蚀疲劳失效的合理化建议。     

东海XX井复杂情况处理介绍

东海某油气田XX调整井作业过程中,钻至设计井深后,决策加深钻进以钻探深部地层的含油气性.加深钻进至5108m发生溢流,压井过程中,钻杆在731 m位置发生刺漏,导致短路循环,置换法压井过程发生井漏、阻流管汇刺漏,同时由于平台设备压力等级不足导致情况进一步复杂化.经过一系列非常规措施,最终压井成功,是一次非常规压井的成功案例.     

海上钻具破损现象研究

针对平湖油气田钻井中频繁发生的钻杆刺漏现象 ,组织了多学科、多专业的综合研究。从钻杆刺漏现象的大量试验研究得出结论 :(1 )钻杆刺漏的主要原因是钻井扭矩过大 ,造成钻杆基体薄弱处产生疲劳载荷下的微裂纹 ,钻杆内壁受高压钻井液冲蚀而刺漏 ;(2 )钻杆刺漏的次要原因是井眼中含有少量的H2 S气体 ,此气体伴随高压钻井液冲蚀钻杆内的疲劳微裂 ,从而加剧钻杆的刺漏腐蚀程度 ;(3)应针对平湖油气田地层中的特殊微量有害气体 ,研制有特殊内涂层的钻杆 ,以改善钻杆的抗腐蚀性能     

自动寻向旋转钻具钻进南海8600m大位移井

南海油田XJ24－3－A18井是1口井深8600m、水平位移7500m、垂深2740m的大位移井,当井深达到7000m以后,旋转钻井方式的井斜控制难度大,同时产生方位漂移,若改成滑动钻井方式,则钻进摩阻大,钻进难且机械钻速低;当钻进到6871m时,改变了钻具结构,下入了“Power Drive”旋转钻井导向工具。应用表明,钻进中钻井参变化不大,井斜和方位变化均匀、控制井斜和方位比较成功,不产生漂移、狗腿度低,机械钻速提高近10倍,经济效益显著,真正达到了安全、平稳、高效、低耗。     

渤海深井钻杆刺漏分析及疲劳寿命预测

钻杆刺漏是渤海油田深井钻进过程中存在的难题,严重影响钻进效率。通过对渤海刺漏井失效原因的统计分析,建立了考虑钻杆本体与井壁接触方式及轴向振动的疲劳寿命预测模型。探讨了初始裂纹形态和尺寸对钻杆疲劳寿命的影响规律。研究表明,钻杆刺漏主要是由钻杆疲劳破坏引起的,钻杆表面的初始微裂纹在交变载荷的作用下扩展而导致钻杆刺漏;当线性裂纹和半椭圆形裂纹的尺寸相近时,表面为线性裂纹的钻杆寿命更短,表面半椭圆形裂纹钻杆的疲劳寿命与 ｂ０／ａ０有关,ｂ０／ａ０越大,寿命越长,其对初始裂纹长度比较敏感.     

BA6S井钻杆失效机理

针对东海平湖油田BA6S井钻杆严重刺漏问题,通过研究加厚过渡带理化性能、拉弯扭复合作用下过渡带应力分布、内流道流场特征、基于实际井眼轨迹的钻柱动力学特性及钻杆疲劳特征,详细分析了钻杆失效的机理。研究表明:失效钻杆样品涂层的个别部位严重偏薄,管材中含有较高指标的氮化物,易降低钻杆的冲击韧性;复合载荷作用下过渡段具有较高的应力水平,增加了失效风险;钻杆过渡带附近有较为显著的涡动,内部流场对钻杆产生的总压力较大;较大的井眼狗腿度增大了钻柱动态疲劳系数,导致钻柱更易发生疲劳失效。     

EV-1井钻具频繁刺漏损坏原因研究

俄罗斯萨哈林岛东北大陆架V区块,地处亚极地海域。因为年施工窗口非常窄,所以在探井钻井时对作业时效要求非常高。部署在该海域的EV-1井作为一口重点凝析油气探井,在钻探过程中连续发生8次钻具刺漏损坏事故。刺漏事故损失了大量钻井作业时间。做好井下钻具频繁刺漏损坏原因的研究,对于避免相似事件的发生、指导后续钻井作业顺利推进有重要意义与实用价值。为此,在对井下钻具跳钻受力分析的基础上,建立了简易模型并进行了公式推导,得出了在跳钻条件下井下钻具受拉压应力零点位置计算公式,并对EV-1井的钻具刺漏损坏情况进行了验证。验证结果基本符合实际情况,这表明钻头跳钻是引起本井钻杆频繁疲劳刺漏损坏的主要原因,在未来作业中必须对跳钻加以克服以利于钻井作业的顺利开展。     

无封堵钻井技术在埕岛油田CB30A-1井的应用

埕岛油田CB30A 1井在四开钻进至 4 2 2 0 4 4m时发生井漏 (漏失速度达 4 8m3/h) ,随后发生井涌。采用无封堵钻井技术 ,顺利地完成了该井四开钻进任务。文中介绍了无封堵钻井工艺及其在CB30A 1井的应用情况。     

沙88井四开井段钻井完井技术及复杂情况的处理

沙88井在奥陶系下统鹰山组地层钻遇5．70m的大溶洞，钻井液有进无出，堵漏13次均无效，漏失钻井液及堵漏浆2748m^3。后采用欠平衡压力强行钻进技术钻完四开井段，Ф177．8mm尾管固井采用“穿鞋戴帽”固井技术，有效封固了漏失层上下井段及漏失层井段。详细介绍了沙88井四开井段复杂井况下的堵漏、强行钻进、固井等技术措施及施工工艺。     

小井眼环空压耗的室内试验研究

小井眼环空水力学与常规井区别很大。在室内小井眼环空实验架上对小井眼环空压力损失进行了试验研究。模拟环空钻井液返速、钻柱旋转速度、钻柱偏心弯曲程度、钻井液性能和钻具接头等对压耗的影响,取得上千组试验数据。试验结果表明:随环空返速增加,小井眼环空压耗增加很快;在转速较低时随转速增加压耗反而有所下降,但下降幅度很小,在转速较高时钻柱旋转时压耗的影响很大;随偏心度增大,环空压耗降低;随环空间隙减小,压耗对钻柱旋转变得更为敏感;随钻井液幂律流性指数增加,环空压力损耗增大;随宾汉塑性粘度增加,环空压耗增加;随钻井液密度增加,环空压耗增大;钻具接头对小井眼环空压耗的影响很显著。     

钻杆内螺纹接头纵向开裂机理及材料性能指标研究

近年来由于深井、定向井等逐渐增多，油气井钻井中钻杆内螺纹接头纵向开裂失效成为常发事故。大量失效分析发现钻杆内螺纹接头纵向开裂的裂纹源是外表面及螺纹表面的摩擦热裂纹、钳牙咬痕等各种损伤，这些裂纹以脆性断裂或应力腐蚀机理扩展。虽然裂纹源很难避免，但如果能够阻止裂纹的扩展，也能够防止钻杆内螺纹接头纵向开裂失效。应用钻杆失效评估技术研究表明，横向材料冲击功大于80 J将避免钻杆内螺纹接头纵向脆性开裂失效。对钻杆接头材料进行SSC试验，发现如果将材料硬度限制在HB310以内，将明显减少钻杆内螺纹接头纵向应力腐蚀开裂失效。失效案例统计数据验证了这些结果。建议有关标准规定钻杆内螺纹接头的横向材料冲击功，如可行同时限制材料的硬度，选用高性能钻具，以此提高钻具使用寿命，确保钻井速度。     

钻杆加厚部位缺陷分析及检测设备研究

钻杆加厚部位刺漏失效给钻井工程造成严重损失,主要原因是钻杆加厚部位结构设计不合理,或存在尖角、突起,使加厚过渡区形成涡流,导致钻杆刺穿。介绍了钻杆加厚部位缺陷检测仪的测量原理及结构,为防止缺陷钻杆下井提供技术支持。     

S135钻杆失效分析

对某油井在很短时间内连续12次发生钻杆刺穿断裂事故进行了调查。力学试验、化学分析、金相试验证明钻杆材料性能符合标准要求,刺穿断裂与钻杆材料无关;宏观观察发现存在管状样品扭转疲劳断裂台阶;扫描电镜观察发现台阶上存在疲劳条带。同时,结合钻杆使用时的受力状况对刺穿钻杆进行综合分析,找出钻杆刺穿的原因为大应力扭转疲劳断裂。此结果提供现场后,现场提出改进措施并及时实施,使得后来的钻井未再发生此类钻杆刺穿事故。     

小井眼钻杆保护器减扭效果与合理布置分析

高钻柱扭矩和套管过度磨损是小井眼钻井中存在的严重问题。减少钻柱扭矩,防止套管磨损的方法之一是使用非旋转钻杆保护器。文章介绍了非旋转钻杆保护器的结构、机理,在建模过程中将安装了钻杆保护器的三维空间钻柱分别投影到两个平面上计算,从而求出钻柱上的扭拒大小;并通过三弯矩方程组求出单元钻杆挠度,从而判断是否产生新的接触;最后计算出合理安装保护器的位置和个数,为现场钻杆保护器的使用提供了依据。     

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。     

螺杆钻具井下磨铣管柱受力分析及改进设计

针对螺杆钻具磨铣钻削井下桥塞、水泥塞及类似钻削工作中管柱在井下所产生的巨大反扭矩的危害,在对磨铣钻削管柱进行受力分析的基础上,提出了改进方案,即"井下防扭装置"和"磨铣钻削管柱的配置",有效地降低了反扭矩带来的危害,改善了磨铣钻削管柱的受力状况。现场2口井的实际应用说明,改进后的管柱在应用上更为安全可靠,钻削用时比简易管柱缩短1/4~1/3。     

液压动力钻杆排放猫道设计与应用

针对目前我国钻机用钻杆坡道、钻杆猫道、钻杆排放架都是独立部件,需要单独运输,搬家车次多,组装和拆卸需要吊车,不具备向钻台自动送入单根及下放钻杆(或甩钻)功能的状况,设计了一种液压动力钻杆排放猫道。该钻杆排放猫道以液压为动力,能实现低位排放钻杆、钻杆送入钻台接单根等功能,送单根上钻台和引回猫道既可在控制房内手动操作,也可在钻台进行远程遥控操作,能减轻工人劳动强度,缩短接单根时间,降低建井周期和成本。     

侧钻水平井钻柱摩阻力分析

建立了考虑井壁弹性及钻柱接头影响的侧钻水平井钻柱摩阻力模型,给出了受弹性井壁约束钻柱的三弯矩方程及其数值解法;数值计算表明钻压、井身曲率、地基弹性、钻柱刚度、长度、钻柱与井壁间摩擦系数等因素都影响摩阻力的大小及分布,对于侧钻水平井而言,井身曲率的影响更为显著;该方法可适用中短半径水平井的摩阻力分析,供实际钻井作业参考。     

海洋钻井平台立根自动连接系统的设计与优化

顶部驱动钻井系统以立根为单元进行钻进,但立根的连接在国内尚没有成熟的技术来实现,使立根的连接和顶驱钻进不能同步进行。为此,分析了国内外海洋钻井平台钻井船用立根连接系统的发展现状,设计了用于海洋钻井平台的立根自动连接系统。该系统主要由钻杆排放架、钻杆输送机构及立根连接机构组成。利用ANSYS有限元软件对系统及关键部件进行了有限元分析,分析结果表明,系统结构可靠,稳定性好,满足系统长期运行的需要。