方钻杆旋塞阀的失效分析

方钻杆旋塞阀结构简单、操作方便、使用较可靠，已成为钻井钻柱内防喷系统的重要组成部分，在现场广泛使用。方钻杆旋塞阀的主要失效形式有3种：①强度失效，主要由阀本体的早期疲劳断裂所引起，引起强度失效的原因是结构尺寸不合理、材质差、热处理不当；②阀的球体转动失效，这是因为球体与阀座间的摩擦力矩过大，严重锈蚀，阀座发生塑性变形和密封面卡住了固体颗粒，转动失效的根本原因是球体和阀座间的摩擦力过大造成的；③密封失效，旋塞阀的密封结构由3部分组成，其中球体与上阀座间的主密封尤为重要，如若失效，旋塞阀作为截止阀的功能就完全丧失。为此，在失效分析基础上提出了减少上述3种失效的措施     

钻井用内防喷压差自密封式旋塞阀结构改进

为了解决在役旋塞阀摩擦力矩大、阀芯旋转困难以及密封不严等问题,通过对目前旋塞阀结构的优缺点分析,找出旋塞阀失效的主要原因。利用压力自平衡和压差自密封原理,对旋塞阀的结构进行改进,设计了一种新型钻井用内防喷压差自密封式旋塞阀。通过对旋塞阀主密封面的密封比压计算和旋转系统的三维有限元接触分析,确保密封面上的材料满足强度要求,且能实现有效密封,使其更好地服务于钻井现场,同时为顶驱内防喷装置的设计和改进提供参考。     

安全钻井钻柱内防喷系统止回阀工作机理及失效分析

钻柱内防喷系统止回阀以反应迅捷及可靠的封堵能力,在防井涌、井喷中起到举足轻重的作用,是安全钻井的重要保证。但止回阀在正常钻井过程中处于常开启状态而长时间遭受高压钻井液的冲蚀,极易导致止回阀密封失效或过早报废,存在安全隐患。针对其使用寿命短、耐蚀性差、水力特性不清楚、研究资料奇缺等亟需解决的关键问题,通过把流体力学影响因素与冲刷腐蚀磨损理论有机地结合起来,借助实验建立磨砺性腐蚀介质——钻井液的模型,利用CFD技术确定影响冲刷腐蚀磨损的流体力学参数,分析典型钻柱止回阀的工作机理,实现止回阀结构的优化;并选择性地对止回阀进行冲刷腐蚀磨损试验,筛选出阀体、阀座材料及主要耐磨件的强化处理方法。通过井下工作情况模拟实验与计算机仿真分析,找出井喷条件下钻柱内防喷系统止回阀的失效机理,寻求流体力学参数、介质性质、材料因素等对止回阀性能的影响关系,继而建立一种新的钻柱止回阀设计方法或准则,以推进我国钻柱止回阀研制的技术进步。     

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.     

方钻杆旋塞阀工艺改进设计

分析了方钻杆旋塞阀的结构特点,提出了2种旋塞阀的工艺改进方法,提高了工作效率,具有推广应用价值。     

新型分体式钻杆旋转工具

在钻井过程中 ,钻柱旋转一般是由转盘驱动方钻杆来实现的。但在有些情况下 ,如方钻杆不在井口转盘内 ,而需要驱动钻具旋转钻杆时 ,就要使用旋转工具。常规整体式钻杆旋转工具必须由钻杆上方套入安装 ,这种方法存在以下不足。第一 ,转盘以上钻杆长度长 ,而井下情况又不允许下放钻柱 ,这时套入钻杆旋转工具困难 ;第二 ,安装时间长 ,劳动强度大 ;第三 ,在不允许打开吊卡情况下 ,无法进行安装。为解决上述问题 ,笔者参照国内外有关资料 ,研制一种新型分体式钻杆旋转工具 ,并在现场事故处理作业中成功进行了应用。1 结构原理及特点新型分体式钻…     

井下多体钻柱系统瞬态动力学仿真分析

钻井过程中钻杆柱的高速涡动会引起钻杆柱与井壁的随机碰撞。为了有效预测与控制钻杆柱与钻头在井下的运动规律,建立了符合实际工况的井下多体钻柱系统固液耦合有限元模型,分析了钻井液对钻柱系统瞬态动力学特性仿真结果的影响。研究结果表明:钻柱在钻井液的作用下横向振动减弱、与井壁发生碰撞的次数减少。为进一步阐明钻柱运动规律、预测和控制井眼轨迹奠定了基础。     

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。     

新型内防喷器安放位置分析

开发设计了一种新型内防喷器,并完成了工业性试验和理论研究工作。该防喷器主要由固定外壳、滑座、旋板阀等组成,固定外壳固定在钻杆或钻铤上,钻进中随钻柱一起转动,与钻柱承受同样的扭矩、钻压和冲击振动。对其安放位置及井喷压力进行了简要分析和探讨,建立了钻头压降与流量、流体密度的关系曲线。分析表明,当流量Q=10L/s,流体密度为1.2g/cm3时,假设井深为4000m,井底压力为70MPa,内防喷器安放在距钻头2m,钻具中部100、200、500、1000m处时,防喷器处内外压差为4.164、4.366、4.572、5.190、6.220MPa,为内防喷器的控制提供了理论数据和依据。     

旋塞阀密封失效机理分析与改进

针对现场使用的方钻杆旋塞阀主要存在旋钮处刺漏、高压下阀芯转不动等问题,对方钻杆旋塞阀的失效原因和受力情况进行了分析,并进行了结构改进,具有推广应用价值。     

随钻扩眼钻柱结构优选及现场应用效果评价

在随钻扩眼作业过程中,扩眼工具组合是最重要的可控参数,不合理的钻柱结构会使钻柱振动加剧。鉴于此,基于有限元动力学分析方法,建立钻具-地层有限元动力学分析模型,模拟不同扩眼工具和钻柱结构对钻具运动轨迹、扭转角速度及钻杆等效应力的影响。研究结果表明:随着2段承压钻杆间普通钻杆长度的增加,下部钻具组合在高低边方向的运动加剧,承压钻杆长度增加,下部钻具振动减小;近钻头钻杆长度和位置对承压钻杆钻柱所受的等效应力和扭转角速度影响不大,但会改变加重钻杆的位置,使井口轴向力有很大变化。推荐目标区块φ149.2mm侧钻井眼内随钻扩眼工具组合为:双中心钻头+φ120.0 mm单弯螺杆+φ88.9 mm无磁承压钻杆1~2根+φ88.9 mm钻杆10~20根+φ88.9 mm加重钻杆15根+φ88.9 mm钻杆。所得结论可为解决小井眼随钻扩眼作业中稳定性差以及扭矩突变所引起的钻柱破坏提供参考。     

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。     

长北气田水平井双密封台肩钻杆接头失效分析及预防措施

为了解决长北气田水平井双密封台肩钻杆从母扣壁厚端第2扣根部频繁断裂的问题,通过对钻杆接箍化学成分、力学性能、金相组织、钻杆磨损、断口微观和宏观形貌、钻杆腐蚀、弯曲正应力、扭转正应力、拉(压)正应力、钻柱纵振、横振和扭转振动等的分析,认为钻杆接箍钢材性能合格,而钻杆在严重磨损和氧腐蚀之后,由高井眼狗腿度、高泥浆摩阻、高沉砂等引起的弯曲正应力加强是引起钻杆母扣壁厚端第2扣最早出现裂纹的主要原因,由于早期裂纹出现引起钻杆接头沿断裂面的有效连接截面积不断减小,导致弯曲正应力、扭转剪应力、拉伸正应力和钻柱振动不断加强是引起裂纹进一步扩张而形成断裂的主要原因。从引起钻具失效原因出发,经过多年探索和现场实践,总结出通过增加油基钻井液柴油含量和p H值等方法能够降低钻杆磨损和减弱腐蚀,降低井眼狗腿度和打高黏度钻井液清扫井底能够降低钻杆所承受的各种应力,软扭矩系统与井底减震器和低固相钻井液配合能够降低钻柱的振动,这些方法的综合利用能够有效减少水平井钻杆失效的频次,值得推广。     

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...     

方钻杆旋塞阀的失效与受力分析

针对现场使用的方钻杆旋塞阀主要存在阀体断裂、高压下阀球转不动和主密封试压无压力等问题，对方钻杆旋塞阀各种失效的原因进行了分析，对其受力情况进行了研究，并提出了结构改进和使用方面的建议，对阀的设计具有一定的参考价值。     

沿钻柱测量技术及其发展方向

深层、超深层、复杂地层和深水油气藏存在钻井施工难度大、周期长和井下故障多等问题,为安全、高效、快速钻井,需要实时监控井内压力、温度等参数。为此,介绍了NOV公司沿钻柱测量系统的构成,分析了沿钻柱测量技术在井眼净化监测、卡钻位置判断、钻井液漏失位置判断、漏失试验与地层完整性试验、井涌探测、钻柱及钻头工况分析等场景中的应用情况,指出了沿钻柱测量技术的发展方向,包括：完善随钻测量解释模型和应用场景、数据深入挖掘以及多参数可视化智能展示技术;优化传感器网络布局,开发替代有缆钻杆的高速信息传输网络,以提高其经济性;结合当前的技术需求和技术发展趋势扩展应用,以实现更多应用场景。在此基础上,对我国发展该技术提出了具体建议,建议持续完善井下工程参数测量系统、促进有缆钻杆商业化应用,在二者相对成熟后,逐步实现分布式测量传输。分析认为,采用常规钻柱和改进的分布式钻柱测量工具,利用智能微球分时传输技术实现分布式测量传输,是值得进一步研究的低成本沿钻柱测量路径。     

提高深井和超深井钻柱使用寿命的途径

在钻柱失效分析的基础上，综述了提高深井和超深井钻柱使用寿命的途径。从提高钻柱质量和改善钻柱服役条件两方面阐述了提高钻柱寿命的具体措施，即一方面提高钻具材料的韧性，优化钻具结构，使用内涂层钻杆和对螺纹进行表面处理；另一方面在保证提升能力前提下优先选用低强度钻杆，使用最佳预紧扭矩，选择合适的弯曲强度比，在钻艇和钻杆之间使用加重钻杆，控制腐蚀以及加强钻具的探伤与检验。     

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。     

可变径钻杆防喷盒的研制与应用

钻井起钻卸单根过程中,钻井液从钻柱接头处喷溅而出,不仅威胁工作人员健康安全,而且污染平台设备,为此研制了可变径钻杆防喷盒。该防喷盒为圆筒开合式结构,通过控制钻柱接头钻井液喷溅压力来回收和循环钻井液。运用Solidworks绘制防喷盒模型,采用ANSYS对其MC尼龙材料进行分析。在江汉油田焦页4-2HF井和31-1HF井的试验中,可变径钻杆防喷盒具备良好的承压能力,试验效果良好,共收集钻井液36.24 m~3,比常规起钻至少节约3 h。设计的可变径钻杆防喷盒实用性强,符合现场以及HSE要求。     

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.