钻柱内防喷止回阀结构及失效原因分析

为有效防止井喷及井涌的发生,并解决现有钻柱内防喷止回阀结构种类少、使用寿命短等问题,有必要分析内防喷止回阀主要结构特点与失效形式.通过对目前各大油田内防喷工具使用现状及问题的调研,综合分析了钻具止回阀典型结构与工作原理,总结出钻具止回阀主要的失效形式,并结合止回阀结构特点与失效情况,进一步探讨了钻井液在阀芯密封面上的冲刷入射角对密封性能的影响、止回阀密封比压需满足的条件并具体分析了失效原因.分析表明:止回阀密封结构与密封件材料性能影响使用寿命;针对不同钻井介质应合理选择内防喷工具的组合.     

钻柱内防喷系统

介绍了作者参考国内外有关资料设计制造的钻柱内防喷系统各装置的结构、工作原理和操作使用方法。这些装置的合理配用和组合,能可靠地防止钻柱内的井涌和井喷,改善钻工的工作环境和劳动条件,实现文明生产和科学钻井。     

钻柱内防喷系统研究方向探讨

目前国内在钻柱内防喷系统所取得的成果不及环形防喷器显著,没有称得上自主知识产权的产品,也看不出内防喷工具的研究动态。在此基础上,指出内防喷系统的研究方向:(1)内防喷系统的可靠性研究,了解各种典型配置的可靠度;确定不同井况的最佳配置,为钻柱设计提供参考。(2)方钻杆旋塞阀的研究,包括方钻杆旋塞阀本体的疲劳强度分析和试验,旋塞阀本体的有限元分析;减少旋塞阀球体旋转力矩的研究。(3)内防喷工具对H2S、CO2等具有腐蚀介质工况的适应性研究,以标准的形式,制定出适应腐蚀工况的材料要求。     

气体钻井钻柱失效机理分析

川东北地区气体钻井申钻柱失效情况的统计资料表明,钻柱失效主要表现为磨损和断裂,分析可知,气体钻井时钻柱失效严重除与高速岩屑的冲蚀,井壁岩石的磨损、酸性介质环境的腐蚀有关外,还与钻拄承受更为复杂的动态应力密切相关.动力学分析结果表明,与钻井液钻井相比,气体钻井时钻柱的动态明显增大,动态应力的变化幅度和变化频率也明显提高,这是造成钻柱失效的主要原因之一.因此,防治气体钻井钻柱失效应切实重視钻柱动态应力的控制,目前条件下,加强钻柱的探伤工作,确保入井钻柱的抗疲劳破坏能力和使用减振工具是较为有效的预防钻柱失效的技术措施.     

钻柱失效机理及其疲劳寿命预测研究

钻柱工作条件恶劣,尤其在狗腿或弯曲井段时,较大交变弯曲应力常造成钻柱疲劳破坏,计算钻柱疲劳寿命可以为钻柱使用和管理提供依据。因此,在定性分析钻柱失效机理的基础上,对钻柱进行了三轴应力分析,并提出了钻柱疲劳寿命的计算模型,该模型可用于无裂纹钻杆和有裂纹钻杆疲劳寿命预测。算例表明,该方法对钻柱疲劳寿命的估算较为合理,符合工程实际。     

腐蚀引起钻柱刺漏的机理分析及预防措施

详细分析了腐蚀引起钻柱刺漏的机理，得知：造成钻柱刺漏的主要原因是空气中的O2、地层中的硫化氢和二氧化碳、钻井液残液、钻井液中的盐类对钻柱的腐蚀和钻井液对钻柱的冲蚀。针对引起钻柱刺漏的原因，制定了去除钻井液中的O2、监测钻井液腐蚀性并加入相应的添加剂去除CO2和H2S、定期对钻杆进行检测、对存放的钻杆进行防腐处理、使用厚过渡区改进型钻杆等措施。在苏丹某区块现场实践证明，采取这些措施，由腐蚀引起的钻柱刺漏事故大大减少，在该区块的T-1井和D-1井钻进的3个月中，仅发生一次钻柱刺漏事故。     

半主动式钻柱升沉补偿系统补偿机理分析

运用达朗伯原理,结合钻柱的运动规律,分别建立了并联和串联2种形式的半主动式钻柱升沉补偿装置力学模型,分析比较这2种半主动式升沉补偿装置的补偿机理。结果表明,在半主动式升沉补偿系统中,被动补偿部分所起的作用是支撑钻柱的大部分质量,主动补偿部分只是用来补偿各种力的变化量;由于并联式结构比串联式结构的执行原件多,所以其液压系统相对复杂,但当船体升沉位移较大和深海钻进所需的补偿负载较大时,并联式结构又优于串联式结构;在正常钻进工况下,当控制目标为控制井底钻压不变时,并联式钻柱升沉补偿系统只能通过控制补偿系统的输出力恒定来达到控制目标,而串联式结构则可以通过控制补偿系统的输出压力或输出力恒定来达到控制目标。     

柱塞泵管路系统失效分析及防止措施

通过对国内几家大型石化企业进口柱塞泵的调查，了解到柱塞泵管路系统一些常见的失效形式，分析了失效原因，提出了改造方案。认为空气室的正确使用及易损件问题，尤其是柱塞填料密封对泵正常运行的影响等问题应引起现场人员的足够重视。     

濮城油田一矿注水系统腐蚀影响因素及机理研究

采用电子探针、X－射线衍射、腐蚀失重和极化电阻等分析测试法，对采油一矿注水系统的腐蚀原因、影响因素及机理进行了研究。认为注水系统的腐蚀主要由注入水中的游离CO2和高矿化度所致，而CO2是其腐蚀的决定因素。其主要腐蚀机理是游离CO2与注入水作用形成H2CO3导致注入水pH值下降，H 含量上升，氢的去极化作用增强，注入水腐蚀性上升。试验还发现，温度在50～90℃的范围内，CO2腐蚀产物对腐蚀无抑制作用。     

特大型钻井单闸板防喷器的研制

为满足用户的要求,在成功开发各型闸板防喷器系列产品的基础上,又成功地开发了我国首台特大型钻井单闸板防喷器。该防喷器采用APISpec6A法兰与其它井口设备连接,关闭及打开闸板总成均采用液压操作,闸板关闭后采用手动锁紧闸板轴的方法,可实现防喷器地面控制系统泄压。现场使用情况表明,它能满足钻井作业需要。按APISpec53推荐标准,每使用14d试压1次,共试压3次,均合格。在倒换井口之后进行常规检查,各部件均正常、完好,其经济效益是非常可观的。     

新型水下防喷器导向系统的研制

研制出了一种新型水下防喷器导向系统,该导向系统省去了导向基板,在水下防喷器下放过程中,利用加装了特制铁钩的导向绳和预先焊接在水下基盘上的挂耳,能够简单有效地解决水下防喷器下放过程中的导向问题。所研制的新型水下防喷器导向系统已成功应用于陆丰13-2油田开发工程,具有良好的应用前景。     

过油管防喷器密封胶心结构分析与优化

过油管防喷器依靠环形密封胶心实现油田带压起下管柱时的井口防喷控制。利用Solid-works软件建立模型,对其在不同控制压力下的接触压力进行计算,说明胶心对常规油管进行动密封时,圆柱面中间区域是主要密封"工作面",上端面边棱位置应力严重集中且易破坏。以此为基本事件,借助有限元软件优化模块,建立优化目标,完成了胶心尺寸优化,获得最佳长径比为1.7。改型胶心密封性能得到加强,寿命得以延长,对提高油田防喷控制效率有重要意义。     

连续循环钻井系统防喷器组的研制

连续循环钻井技术是近年来出现的一项新技术,该技术能够实现接单根或立柱期间钻井液的连续循环。钻井液的连续循环是通过一组防喷器组成的密闭腔内对不同闸板腔的开启和关闭来实现。通过对连续循环钻井过程中防喷器组工况的分析,结合常规钻井防喷器的特点,确定了该防喷器组的整体结构形式,介绍了防喷器无侧门螺栓连接结构的设计、耐磨前密封的设计、试制和试验、卡瓦闸板的设计、闸板开关状态检测装置的设计情况以及整机样机制造及现场试验情况。现场试验表明,该防喷器组的设计基本达到了预期的目标。最后根据连续循环系统现场试验情况提出了下一步的改进方向。     

数字化电控液防喷器控制系统的研制与应用

针对气控液型防喷器控制系统存在空气管缆的冻堵、气阻,司控台指令响应延迟等问题,研制了数字化电控液技术,并对防喷器控制系统进行一系列改造,设计了数据采集、传输、显示、数字化处理等系统;将动作指令的传输由气信号改为电信号;设计利用液缸代替气缸、五芯屏蔽电缆代替空气管缆、液晶触摸式显示屏代替?司控台等。?过现场试用,该系统指令传递迅速可靠,管线拆装便捷,可实时监控并存储各项压力数据和各控制对象的实际工况,满足钻井现场使用要求,对?有设备进行局部改造即可实现,在国内北方钻井现场具有推广应用价值。     

起下抽油杆用防喷装置的研制与应用

本文介绍了一种快速防喷装置,安装后可进行放压和洗压井等作业,通过现场应用,效果良好。     

防喷器用户满意度测评体系和评价方法研究

有关用户满意CS(Customer Satisfaction)，用户满意度CSD(Customer Satisfaction Degree)及其测评的研究近年来成为国内外学术界、企业界的一大热点。文章详细论述了用户满意度测评体系和评价方法．并以油田井口防喷器为例讨论了用户满意度测评体系和评价方法的研究。     

新型带压作业防喷装置

针对目前带压作业防喷装置存在承压低、胶心寿命短以及安全性差的问题,研制了一种新型带压作业防喷装置。该装置在接箍探测器和压力平衡装置的配合下,通过2个闸板防喷器倒换开、关,使管柱接箍通过井口,在带压密封状态下完成管柱的起下操作。接箍探测器在起下油管柱偏离中心小于10mm时,能够准确探测出油管接箍通过时的位置,并能发出声光报警信号。大庆油田3口高压水井的现场试验结果表明,该装置能够满足高压注水井的带压作业需要,可实现缓冲条件下的卸压和升压,并且操作安全、方便。     

钻井井喷事故人因失误特征分析和对策

当前井喷致灾机理研究多侧重于井控装备和技术方面,对人因失误的影响认识尚不深入。为此,对中国1970～2006年发生的59起重大钻井井喷事故的人因失误特征进行了分析,发现人因失误占井喷事故直接原因的93.53%。通过对操作者的故意违章行为和管理者的管理失误行为等主要人因失误类型对井喷事故影响机理的研究,证实了操作者的故意违章行为是组织管理行为失误和不良安全文化的表征。行为科学在个体不安全行为控制方面取得的研究成果应该推广应用到组织管理失误行为的控制中,找出并消除潜在的管理失误,不断提高钻井公司组织管理行为的可靠性,最终达到最大限度预防和控制事故的目的。     

油气井钻井过程中井喷预测机理研究

在油气井钻井作业过程中,井喷前会有各种预兆如:①钻井液返出量增加;②钻井液池中钻井液体积增加;③停泵后钻井液外溢;④循环系统压力上升或下降;⑤钻井时悬重增加或减少;⑥返出的钻井液中有油花气泡等。上述预兆对预防井喷起着至关重要的作用。为此,在分析井喷原因及井喷预测机理的基础上,利用钻压、大钩负荷、转盘转速、返出流量、泵压、钻井液密度、硫化氢浓度等,建立了井喷预测数学模型,提出了井喷事故发生的危险指数,通过对该指数的计算和分析,便可预测井喷事故发生的可能性。实例验证结果表明,该井喷预测模型能为防止井喷的发生提供科学依据。