大庆油田研究完成钻具螺纹应力疲劳检测技术

螺纹连接处发生断裂是石油钻具连接失效中最严重、最具破坏性的事故。为避免和减少螺纹断裂事故，通常采用超声波、磁粉等方法对钻具螺纹进行无损检测，但只能发现已存在的螺纹缺陷。螺纹发生断裂的主要原因，是由于螺纹连接处存在应力疲劳区，使用中当应力疲劳达到一定的极限时，螺纹就会发生突然的断裂。为此，大庆油田科研人员通过理论分析和现场实践，总结制订出了专用的石油钻具螺纹应力疲劳检测方法及检测工艺，并开发了应力评估软件。应用该软件对石油钻具螺纹进行应力疲劳检测评估，准确率达96％以上，预防钻具疲劳断裂成功率也达到96％以上。该技术在石油钻具螺纹产生缺陷前进行评估，可以发现存在的隐患，从而避免、减少石油钻具因应力疲劳而发生的断裂事故，同时，增加了我国石油行业的无损检测手段，提高了检测水平，也提高了钻井生产的安全性和经济性。     

浅谈超声检测钻具螺纹疲劳裂纹的实施技术

超声检测钻具螺纹疲劳裂纹的检测速度要比采用传统的磁粉法和着色渗透法快得多。作者从超声检测的实践中总结出若干直观明了的经验,诸如探头选择、对比试块的确定、仪器校验、实际探测以及对疲劳裂纹的评价等方面的经验。     

钻具接头应力磁记忆检测试验研究

钻具螺纹疲劳应力集中区域容易发生突然断裂。通过钻具接头试样拉伸磁记忆检测试验,分析试样在不同拉应力条件下的磁记忆信号变化规律及原因,采用区域积分面积-应力关系曲线方法分析试样拉伸过程磁记忆信号特征规律。研究结果表明:磁记忆检测方法可以有效地判定钻具接头疲劳应力状态。为磁记忆检测技术在钻具接头应力状态评价的应用提供依据。     

NC48非标钻具螺纹设计与应用

目前,中原油田钻井管具工程处积压大量的ф127mm反扣钻杆,同时市场上急需大批ф127mm正扣钻杆,如将现有的NC50左旋螺纹直接改成NC50右旋螺纹,钻具接头长度不符合标准要求。为解决这一难题,在对石油钻具螺纹的各项参数进行分析的基础上,设计出NC48非标螺纹。通过在3个井队进行使用,NC48非标螺纹未发生因螺纹设计而造成的钻具事故,为今后类似的螺纹设计提供了基础。     

修复钻具螺纹的措施

<正> 一、问题的提出 目前,我国各油田使用的钻具大部分是从国外进口的,螺纹损坏后都自行修复。根据有关资料介绍,全国各油田每年共需修复钻具螺纹近一百万头次,还有因接头螺纹部位发生疲劳断裂。每年就有近万米钻铤埋在地下。随着钻井深度不断增加,钻具受力情况更加复杂,钻具断裂常有发生,因而引起有关人员的高度重视。为此,我们提出修复钻具螺纹的几点措施,与大家共同探讨。     

钻具螺纹接头螺纹牙载荷计算方法的探讨

钻具螺纹接头各圈螺纹牙承受的载荷分布是不均匀的，这对螺纹接头的疲劳强度影响很大。用有限元分析方法虽能精确地计算许多条件下螺纹牙的受力状况，但要系统分析各种因素对螺纹牙承受载荷的影响就不太方便。鉴于此，用数学分析方法得到了在预紧扭矩和外加轴向载行作用时钻具螺纹接头的变形协调方程，并求出其近似解，即螺纹各圈间载荷分布函数，据此讨论了影响各圈螺纹牙载荷分布的因素。分析认为，减小内、外螺纹接头截面积倒数之和，或增大螺纹牙啮合时的变形柔度，可使各圈螺纹牙载荷分布趋于均匀。     

石油钻具螺纹磁粉探伤及缺陷分析

石油钻具为一种专业的钻井工具,在井下施工的过程当中,石油钻具的运动是特别复杂的,它的螺纹位置由于长时间受到拉力以及扭力的作用,最终会产生裂纹,引发断裂安全事故的出现,因此要通过有效的方式,对石油钻具螺纹进行探伤。本文以石油钻具螺纹检测方法和流程作为切入点,分析了石油钻具螺纹疲劳裂纹原因,探讨了石油钻具螺纹磁粉探伤存在的缺陷,并进一步提出解决缺陷的策略,希望能够为探伤技术的研究方向提供一些理论指导,同时,还能够提高钻具生产的效率,减少井下意外事故的出现。     

钻具螺纹的磷化液处理技术

磷化液处理技术可有效改善钻具螺纹表面的接触条件和受力状况,提高钻具连接螺纹的润滑效果,增强其减磨及防黏扣性能。现场应用表明,钻具螺纹经磷化处理后,钻具使用寿命明显延长,并且有效控制了因钻具螺纹非预期损坏引发的井下事故,取得了显著的经济效益。     

API钻具螺纹的缺点及改进措施

指出了现场使用的标准API钻具螺纹所存在的缺点,并针对这些缺点提出了相应的改进措施,即改进螺纹牙底形状和改变螺纹锥度配合。理论研究表明,采用本文所提出的改进措施以后,钻具螺纹的疲劳寿命可显著提高。就目前我国现场的加工条件来讲,实现这些改进措施是完全可能的,而且成本低,效益好。     

钻井工程设计与工艺软件ANYDRILL1.0的研发与应用

对钻井工程设计与工艺软件包含的欠平衡/气体钻井设计与分析系统、控压钻井设计分析系统、地层压力预测分析与监测系统、岩石力学分析系统等多个功能系统做了详细的介绍。钻井工程设计与工艺软件完成多井次的现场测试,应用结果表明,钻井工程设计和工艺软件功能丰富、计算准确、使用方便,可较好地满足现场钻井工程设计与施工需要,为钻井工程提供技术支撑和技术指导。     

弯曲载荷下钻具接头试样的磁记忆信号特征

为了探究如何利用磁记忆信号检测钻具接头产生疲劳损伤的位置,在分析钻具接头承受弯曲载荷的基础上,设计了悬臂梁弯曲疲劳试验机。采用巨磁阻磁记忆检测探头对加载一段时间的试样进行扫描检测,由PLC装置来控制巨磁阻探头的扫描路径和速度,由DATAQ数据采集器将采集到的磁场分布状态转化为电压信号。分析结果表明,梯度值作为磁记忆信号的特征参量可以很好地描述试样承载过程的疲劳强度,磁记忆信号的切向分量梯度最大值与试样的刻伤深度无关;试样在弹性阶段磁信号的切向分量梯度最大值波动范围很小,基本稳定在0.04 V/mm。     

基于电磁感应加热钻具螺纹的工艺研究及应用

石油钻井用井下钻具的连接螺纹采用涂高强度粘结胶并旋紧至指定扭矩范围的方法,但以此造成了工具在检修时由于高强度胶的粘结作用,螺纹拆卸较为困难。为此,在现有电磁感应加热技术的基础上,进行定向集成化设计及可行性研究,形成了电磁感应加热工艺,研制了一体式电磁感应加热设备,并对设备进行了应用及效果评价。应用结果表明:设备的最大加热渗透壁厚达到38.0 mm,可满足不同规格、不同壁厚的螺纹加热工艺需求,且壁厚和外径越小,线圈贴合间隙越小,加热速度越快,时间越短,热渗透及扩散越均匀。该设备的研制成功为井下钻具螺纹的拆卸提供了一种新方法,同时大幅提高了工作效率,降低了成本。     

一种新型钻杆螺纹设计及应力分析

针对应力集中导致石油钻杆螺纹产生疲劳裂纹,进而发生断裂失效事故的问题,在API接头的基础上,研究开发了一种新型钻杆螺纹接头。该新型螺纹结构主要改进之处是内螺纹锥度保持1∶6不变,外螺纹锥度变为1∶6.23。有限元分析结果表明,这种螺纹形式显著改善了接头受力情况,使得螺纹应力分布更加均匀,并降低了主台肩过渡圆角处的应力集中。对样品的上扣试验结果表明,采用新型螺纹后,外螺纹接头主台肩底部的过渡圆角处应力集中情况也得到明显改善,接头整体受力分布和不同区域应力差更趋平缓,降低了螺纹前几牙及主台肩过渡圆角处的应力集中情况,可大大延长接头使用寿命。     

国外石油钻井软件的发展现状

在钻井工程设计软件方面,国外从20世纪80年代开始研究,目前已推出多种商业化的软件产品。这些钻井工程软件系列全、覆盖面广,经过长期现场应用改进,模型计算准确、运行稳定,用户认可程度高。文章详细阐述了Landmark、Drilling Office、Paradigm、DrillNET等几款主流钻井软件产品,以及部分针对特殊工艺的专业钻井软件的功能特点和特色技术,分析了我国钻井软件研发与国外的差距,指出开发具有自主知识产权的产品已势在必行,今后发展趋势应是信息集成一体化、三维可视化和钻井智能化。     

旋转导向钻井工具导向力优化设计

以旋转导向钻井工具的导向工况为背景，从旋转导向钻井工具执行机构侧向力的规律分析入手，推导了侧向力和工具导向力的解析式，总结出了执行机构侧向力及其覆盖面角的变化规律、工具导向力及其覆盖面角的变化规律、工具导向力在导向方向及其垂直方向上两个分量的变化规律。从保持导向力平稳等目标出发，以上盘阀高压孔圆心角为基本变量，给出了最优的导向力及其产生的务件，为工具结构参数的设计提供了依据。     

气体钻井过程中的钻具失效研究

近年来,气体钻井技术在国内得到了迅速发展,取得了阶段性的研究成果,各大油田纷纷在符合气体钻井作业的地层开展气体钻井作业,取得了显著成效,机械钻速是同区块泥浆钻井的2～4倍.随着气体钻井数量的增加,钻具失效问题日益突出,已影响到气体钻井的安全和推广应用.结合气体钻井工艺特点,对气体钻井钻具失效的特点进行了分析,为制定预防措施奠定了基础.     

气体钻井钻具减振器的研制及现场试验

为有效缓解气体钻井钻具频繁振动带来的钻具疲劳损坏,根据可压缩性硅油体积变形减振为主,硅油流过阻尼缝隙的阻尼减振为辅的研制思路,研制出了适用于气体钻井的KPL229型减振器。对加入KPL229型减振器钻具组合的有限元分析表明,加入KPL229型减振器后,钻具受到相同轴向冲击力作用的应力水平降低。现场试验表明,在气体钻井时,与未应用KPL229型减振器的井相比,扭矩不但得到降低,而且波动幅度很小;钻时由5~40 min/m降至5~9 min/m;单只钻头的进尺得到提高,其磨损程度降低。由有限元分析及现场试验结果可知,气体钻井时应用KPL229型减振器,不但可以降低振动对钻具的损伤,延长钻具的使用寿命,而且可以增强气体钻井的提速效果。KPL229型减振器为预防气体钻井时因振动造成的钻具失效或断裂提供了一种新的解决途径,同时可以利用振动能量辅助破岩。      

ANYDRILL钻井工程设计与工艺软件

随着石油勘探开发转向深部复杂地层和钻井工程设计与施工的精细化,钻井工程对软件的依赖性正逐步增强。为了拥有适合于中国石油当前和未来发展需要的钻井工程软件,中国石油集团钻井工程技术研究院经过"十一五"科技攻关,开发了具有自主知识产权的ANYDRILL钻井工程设计与工艺软件,初步解决了我国钻井软件长期依赖于国外软件的局面,基本满足了国内油田钻井工程设计与施工分析的需要。文章对ANYDRILL钻井工程设计与工艺软件在功能、特点、关键技术和解决的主要问题等多个方面进行了阐述,详细介绍了该软件开发的控压钻井设计与分析系统、地层压力预测分析与监测系统、岩石力学分析系统、钻井液设计及分析系统、固井工程设计与分析系统、欠平衡(气体)钻井设计与分析系统、钻柱力学分析系统、钻井数据库管理系统、钻井实时监控与技术决策系统等功能与应用。     

一种新型负压脉冲钻井工具的设计及研究

在钻井作业中,为解决深井、超深井机械钻速慢的难题,设计了一种新型负压脉冲钻井工具。工具内装有高压机械自激交互式水力脉动腔,采用流速为50 m/s的高压泵对该腔进行初步的实验研究,实验结果表明,机械自激交互式脉动腔短节能够将稳定来流转换成脉动流体,形成初次振荡效果。为方便现场应用,提出了新型负压脉冲钻井工具在常规钻井中的使用方案。这种新型负压脉冲钻井工具有利于破碎井底岩石。