钻杆探伤技术的应用与分析

钻杆腐蚀疲劳是钻杆损坏的主要原因,而探伤检测技术是预防和减少钻具质量事故的有效方法,但仅采用单一的探伤方法只能检测钻杆的某一部位.因此,通过实践,总结出采用复合探伤方法检测钻杆的疲劳损坏,即采用纵波直接接触法检测钻杆加厚过渡带,满磁检测钻杆本体,最后用超声波测厚复检,并对探伤结果进行分析和应用,形成了一套有效的钻具疲劳损坏检测方法.     

钻杆加厚过渡带几何尺寸的优化选择

钻杆刺漏大都发生在钻杆加厚过渡带消失处，优化选择钻杆加厚过渡带几何尺寸是重要的措施。没有使用常规方法对过渡带进行模拟以研究应力集中系数，而是在有限元中分别观察钻杆内壁和外壁液体流场速度、节点压力等数值的变化，同时改变钻杆加厚过渡带各几何参数，综合考虑流体速度和节点压力场分布，推荐出钻杆加厚过渡带几何尺寸最优组合。     

钻杆加厚过渡带几何结构对应力集中的影响

油气井钻井过程中,钻杆主要失效部位是加厚过渡带处,该处容易形成应力集中,尤其在狗腿井段中的交变载荷作用下,表面易形成疲劳裂纹源,导致刺漏甚至断裂事故的发生。针对这一情况,应用有限元软件建立钻杆加厚过渡带力学模型。该模型公母接头共同建模,可以施加轴向拉力、内外压力、扭矩和弯矩,能很好地模拟狗腿井段的钻杆受力,为改进钻杆加厚过渡带结构设计提供理论依据。力学分析结果表明,最大应力出现在加厚过渡带内锥面消失处,且母接头端的应力比公接头端应力水平高;减小加厚过渡带内孔直径、增加内锥面长度、加大内锥面消失处圆角半径都可以减小钻杆应力集中系数。但在现有加厚过渡带结构的基础上改变加厚过渡带尺寸对减小钻杆应力集中效果并不明显,建议从改变加厚过渡带结构上入手来降低钻杆的应力集中系数。     

钻杆刺穿原因统计分析及预防措施

对某油田2004年钻杆刺穿情况进行了调查研究,得到钻杆内加厚过渡带部位刺穿是钻杆刺穿失效的主要形式。分析认为,大多数钻杆内加厚过渡带刺穿裂纹起源于钻杆内壁,其刺穿机理和过程为,钻杆内壁腐蚀或者涂层破坏后腐蚀→形成腐蚀坑→腐蚀坑底产生腐蚀疲劳裂纹→裂纹扩展→刺穿或断裂。钻杆从内加厚过渡带部位刺穿的原因与钻杆内加厚结构尺寸、材质抗疲劳裂纹萌生和扩展的能力有关,同时也与井身质量、井身结构和转盘旋转速度有关。为防止或减少深井和超深井油田钻杆刺穿事故提出了预防措施。     

用超声波检测钻杆内螺纹端90°吊卡台阶

选用CTS-22型普通超声波探伤仪配合斜探头进行横波扫查探伤,受检区域为管体加厚、对接焊缝和台阶处,利用一次和二次反射波扫描,达到检测钻杆端区加厚部分的探伤目的.该方法对检测钻杆中存在的裂纹、机械损伤等缺陷效果较好,灵敏度高.华北油田所属作业区采用超声波检测方法后,钻具失效现象大幅减少,降低了钻井成本,保证了油气田的开发效益.     

钻杆流场诱导腐蚀模拟

钴杆是钻柱系统的重要组成部分,在工作中除要承受多种载荷外,还要受到钻井液等流体的诱导腐蚀,是钻柱系统的薄弱环节,现场实际工作中钻杆失效事故更是频繁发生.而钻杆失效高发区域便为加厚过渡带,传统上的钻杆失效数值模拟分析采用的主要方法是建立钻杆加厚过渡带的力学模型,从该区域受到载荷的情况下分析其等效应力的分布和应力集中系数的...     

定向井S135钢级钻杆刺漏失效机理

对某定向井20根钻杆刺漏情况进行了调研,基于宏观观察、理化特性分析、钻杆内涂层质量评价、钻杆加厚过渡带应力及内流场分析和井眼全角变化率分析,对刺漏钻杆进行了失效机理研究。结果表明,钻杆内涂层局部厚度严重不足降低了钻杆疲劳寿命;钻杆内加厚过渡带消失区域同时存在应力集中和内流场冲击漩涡,是疲劳形核萌生的择优区域;造斜段井眼全角变化率突变严重超标,使钻杆承受较大的拉、弯复合载荷,因此,内外因素综合作用最终导致多根钻杆刺漏失效。最后针对此类钻杆刺漏失效,从钻具质量要求和现场使用角度给出了预防建议。     

钻杆生产技术的发展与展望

介绍了钻杆生产技术的发展及现状, 指出目前国内外钻杆的生产均采用摩擦焊接方法,钻杆的失效形式主要是疲劳断裂、腐蚀疲劳和超载, 失效部位主要是钻杆管体加厚过渡区、钻杆接头螺纹和焊缝区。据此详细阐述了摩擦焊钻杆管体和接头的生产工艺与技术要求, 以及焊接工艺流程和技术要求, 指明通过严格控制管体坯料和接头坯料的冶金工艺, 改善钻杆管体加厚过渡带形状等可有效提高钻杆的使用寿命。最后就钻杆的发展方向提出了建议。     

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。     

失效分析促进了钻杆结构设计优化

通过钻杆内加厚过渡带,内壁腐蚀,接头台肩,扭矩台肩等出现大量失效后进行的结构设计优化案例,有力地说明了失效分析在钻杆构件结构设计优化中所发挥出的重要作用,极大提高了钻杆质量和使用寿命,促进了钻杆标准的修订,有效地降低了钻杆失效事故的发生。     

钻杆摩擦焊接参数自动检测系统的研制及应用

介绍了一套钻杆摩擦焊接参数自动检测系统.该系统能够精确检测摩擦焊接钻杆时的转速、顶锻压力和保压时间、摩擦时间和位移,以数字和曲线显示检测结果,并具有数据越限报警功能.使用该技术,能及时、准确掌握焊接参数,提高钻杆焊接质量.     

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。     

可打捞测漏仪的研制及试验

井漏给钻井作业带来非常大的危害,目前钻井漏失尚无经济高效的测漏方法。鉴于井漏实质是钻井液由井筒向地层流动,文章介绍了一种测流量确定漏点的方法,通过钻杆将测漏仪下放到不同井深位置测漏速,然后打捞出测漏仪连接专用软件确定漏点,再用原钻杆进行堵漏作业;也可起钻后将测漏仪连接专用软件确定漏点。为了保证流量计安全有效的工作,设计了专用测漏接头和配件。该方法能解决大斜度井、水平井或复杂井段电缆下放仪器困难无法测漏的问题,为钻井漏失测漏提供了一种新的经济可行的手段。     

普光气田气体钻井钻具失效原因分析及预防措施

气体钻井技术虽然大幅度提高了普光气田上部陆相地层钻井速度，但屡次出现钻具失效事故，不仅影响钻井速度，而且威胁井下安全。分析了钻具失效规律，并通过宏观分析判断钻杆为疲劳和腐蚀疲劳断裂，钻铤为疲劳断裂。从气体钻井自身因素、钻柱运动（包括公转和纵向共振）、钻具腐蚀、钻井方式、钻铤弯曲强度比不足等方面分析钻具失效原因，提出使用空气锤钻井技术、加强钻具探伤、优化钻具组合和钻井参数、缓解钻具腐蚀、加强钻柱振动监测等预防措施。指出应加强气体钻井钻具失效的微观机理、钻柱运动与动力学、岩屑对钻具的冲蚀磨损、钻具腐蚀、消除钻柱公转等方面的研究以预防钻具失效。     

水平状态下钻柱的屈曲分析

在现有的水平状态下钻柱屈曲研究中,一般把钻柱看作均匀的等直径杆,认为钻柱在其自重的作用下,紧贴下井壁,因而通常把水平状态下的钻柱简化为在整个长度上受到井壁均匀支承的轴向受压的简支梁。而实际上处于水平状态的钻柱是由一些钻杆连接而成,每根钻杆都有两个接头。由于钻杆接头的直径较钻杆本体部分直径要大,并且为了抗磨,在钻杆接头附近装有抗磨衬节,因此只有在钻杆接头这一段才会和井壁接触,受到井壁支承,而钻杆本体并不受井壁支承。因此文中将整个水平钻柱看作是一个两端简支轴向受压的连续梁,而将钻杆接头这一段简化为连续梁的中间支座。在此基础上利用矩阵传递法对处于水平状态钻柱的屈曲进行了分析研 究,推导出了水平状态下钻柱稳定计算的特征方程,求出了水平钻柱的临界压力。计算表明,在水平状态下构成钻柱的钻杆的长度对钻柱的屈曲载荷有很大影响。     

BN-3井测井仪器打捞技术

BN—3井测井过程中因意外事故造成带有放射性源的测井仪器掉入井中，而常规打捞技术已不能满足复杂井眼中的放射性测井仪器的打捞要求，为此，采用磁定位仪在钻具水眼中测仪器落鱼鱼顶，并利用弯接头配合打捞筒进行测井仪器打捞，顺利地将落井器及电缆全部捞出，且测井仪器完好无损。详细分析了该井事故处理难点，并给出了相应的事故处理方法。     

高温高压高含硫地区超深井钻井难点及对策——以通南巴构造带为例

受特殊沉积环境及复杂构造运动的影响,在通南巴构造带上钻井工程事故频发,存在井漏、井壁垮塌、井涌（喷）、卡钻、高含硫化氢、岩石致密硬度大、井斜等问题,严重影响了安全、优质快速钻井。通过对通南巴构造带工程地质特征的研究,提出如下对策：①优选气体钻井、泡沫钻井、垂直钻井、复合钻井、旋转导向钻井等钻井方式,促进防斜打直、打快;②优化井身结构设计,合理确定必封点,科学确定井眼尺寸;③优化钻井液性能,提高防塌、润滑效果;④强化钻头选型,提高破岩效果;⑤细化防漏堵漏措施,减少非生产时间等。经现场钻井实践,大幅度地提高了机械钻速,有效地减少了钻井复杂情况,实现了该地区海相超深含硫气井的优快钻井,并对同类高温、高压、含硫气井的高效钻井具有借鉴意义。     

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。