钻柱失效原因及预防措施

开展油田钻柱失效分析与预防对提高钻井速度、降低钻井成本及井下安全钻进具有重要意义。钻柱失效案例统计表明钻杆失效事故占钻柱总失效事故的50％～60％，主要失效形式是管体刺穿，主要失效原因是腐蚀疲劳；钻铤失效事故略低于钻杆失效事故，螺纹处断裂是钻铤的主要失效类型；钻柱转换接头失效数量相对较少。结合实验数据，从材料、环境和力学三方面对钻柱失效原因进行分析，提出预防钻柱失效的四条措施，包括正确选材、改善工作环境、合理设计钻柱、降低服役载荷及应力以及加强管理。对服役高酸性环境下的钻柱，通过微合金化和提高材料的冶炼水平来降低P、S含量，以及通过适当的热处理使晶粒细化等方式可以提高钻柱材料的耐蚀能力和降低失效比例。     

�����꾮�����о��ڲ��ȶ��������ֳ������о�

气体钻井过程中钻进参数的改变将引起井内气体的不稳定流动，这种现象在用气体钻井方式打开产层时尤为明显，这些情况用常规气体钻井稳定流动理论不能准确模拟。通过对井内气体不稳定流动的分析，还可以实现钻井过程中的动态地层评价，因此，井内气体不稳定流动也是欠平衡钻井随钻试井理论的重要组成部分。基于可压缩流体不稳定流动理论，文章建立了气体钻井过程中井内瞬态流动的数学模型并提出了模型的数值解法。针对井内水动力体系的复杂特点，文章讨论了定解条件的确定方法。最后将模型应用于伊朗TBK-14井，对开启压风机和增大压风机排量两种情况进行了分析，与现场试验对比表明，数值模拟结果与井内的实际情况一致。     

�������ž���켣�о�

定向井井身轨迹的选择对于钻井施工的安全、高效、低成本起着重要的作用。文章依据钻柱在定向井井眼内的实际受力分析，建立了追求钻柱起下钻摩阻力最小的最优井身轨迹目标泛函模型，并利用求泛函极值的变分原理，采用里兹法和多维寻优法求解了最优井身轨迹。结果表明：给定边界条件下的最优井身轨迹，既不是悬链线，也不是抛物线，而是一条复杂的超越曲线；最优井身轨迹有着良好的力学性态，可在定向钻井中广泛应用。     

气体钻井随钻安全风险识别与监控

气体钻井对地质条件有较为苛刻的要求,地层失稳、产水、钻具失效以及井下燃爆等均有可能导致气体钻井失败,因此随钻井下风险识别及监测对于保障气体钻井安全具有重要意义。为此,提出将理论分析和现场案例相结合,总结气体钻井过程中井壁失稳、产水、产气、井下燃爆、钻柱失效等主要风险发生时的工况参数表征,建立风险发生与对应工况参数变化的关系模型,开发自动化分析平台对工况参数变化进行分析,以判断发生的风险类型。基于已有的地面监测技术,研发了地面—井下参数监测系统,用测量短接实时监测井下温度、压力、湿度以及钻具振动等参数,并通过中继短接传输到地面,可以更快速、准确地获知井下各项参数的变化情况。将关系模型、分析平台以及监测系统相结合,形成了气体钻井随钻安全风险辨识方法。在新疆塔里木盆地开展的现场试验结果表明,该方法能够快速反映出气体钻井各项参数的变化情况,准确判断井下发生的风险类型,可有效降低气体钻井安全风险,提高气体钻井效率。     

高岭石在酸中的化学行为实验研究

利用X-射线衍射分析仪、XL-30能谱电镜等岩矿测试手段，系统评价了高岭石在5%HCl 、5%HCl+0.5%HF、5%HCl+1.0%HF、0.5%HF、1.0%HF、8%HBF₄、5% HCl+7%HBF₄等７种酸体系在60℃条件下的化学行为，重点分析了残酸液中硅、铝元素离子浓度、酸蚀量、晶体结构稳定性等参数随时间、酸浓度、酸类型变化规律。研究指出：单一氟硼酸、氟硼酸/盐酸体系与高岭石反应显示强酸的特性，但是比土酸滞后0.5～1 ｈ；酸对高岭石晶体中硅、铝元素的溶蚀程度不同，对铝氧八面体的破坏程度强于硅氧四面体；高岭石与各种酸体系分别反应0.5、1、2 ｈ后，高岭石在盐酸、HF、土酸中比较稳定，衍射峰没有明显的变化，但土酸体系中的高岭石峰强度有微弱的降低；氟硼酸体系反应后的残余高岭石衍射峰强度明显变弱，尤其是反应12 ｈ，这是由于结晶度下降，晶体结构局部遭受破坏所致。在该次研究的条件下，高岭石没有明显的峰消失和新峰出现。     

临时套管注气欠平衡钻水平井技术的研究

利用水平井特殊轨迹增产的特点，与利用欠平衡消除储层伤害增产的特点相结合，产生了“欠平衡钻水平井”的新技术。欠平衡钻水平井技术是目前国际钻井界发展的热点技术，有许多非常成功的实例。注气欠平衡钻水平井技术面临的两大技术难题是井下动力钻具不能正常工作和常规MWD无法正常工作。临时套管注气欠平衡钻水平井技术既保证了注气液降低环空液柱压力的作用，同时又保证了钻井液脉冲MWD和井下动力钻具完全工作于不含气的介质，能够正常工作。临时套管注气欠平衡钻水平井技术的关键有3个方面：新型双层注气套管头、临时套管的下部固定技术和配套工艺。通过对临时套管注气欠平衡钻水平井技术的研究，可以形成一套实用、有效的注气欠平衡钻水平井的成套技术，解决临时套管注气欠平衡钻水平井技术的特殊难题。     

空气钻井提高钻速机理研究

我国一些地区为提高深井和大尺寸井眼的机械钻速，降低钻井成本，采用了气体钻井技术，因此需要对气体钻井技术提高钻速的机理进行研究。首先对石油钻井过程中降低井底压降、旋冲钻井、提高清洁效率、避免重复破碎等提高破岩效率的方法进行了简单总结．然后通过对相关文献提供的数据和图表资料的分析，比较了空气钻井与常规钻井液钻井的差别，最后指出空气钻井能大幅度提高机械钻速的主要机理是：负压差作用、井底岩石力学性质和应力状态发生变化、钻头旋转；中击破碎岩石、井底清洁及热应力等。这为进一步研究提高空气钻井的机械钻速机理提供了参考依据。     

空气锤在石油钻井中的应用前景

针对目前深部、复杂地层钻速低和易产生井斜、大直径井眼和水平井施加钻压困难、钻井成本高等问题进行了大量的调研。通过相关文献提供的数据和图表资料分析得出：空气锤结合了冲击回转钻井和空气钻井的两大钻井优势，转速低，扭矩小，钻压小，降低了钻具循环应力和磨损，控制井斜容易，在很大程度上提高了机械钻速、降低了钻井时间和成本，钻硬地层时优点更为突出，由此提出了研究空气锤的必要性，并全面总结了空气锤钻井的优越性，同时也指出了它应用的局限性。最后分析了我国油气资源现状、钻井状况和空气锤在国内外的应用实例，得出空气锤在低压低渗层欠平衡钻井、欠平衡钻水平井、深井、超深井、复杂地层、大直径井中开发油气资源有着广泛地应用前景。     

提高深井机械钻速的有效方法

从研究深层岩石的物理特性出发,对不同钻井方式下（欠平衡钻井、气体钻井、控压钻井）的破岩机理和效率进行分析,在高压水射流、开发适应地层的破岩工具以及改进井下动力钻具等辅助破岩方面提出了相关见解。     

碎屑岩酸化中含铝垢形成机理与预防

3种含5％盐酸的土酸（HCI／0．5％HF，HCI／1．0％HF，HCI／8％HBF4）与6种碎屑岩储层矿物（钾长石，斜长石，蒙脱石，高岭石，伊利石，绿泥石）在60℃静态反应0．5～12小时，测定残酸中可溶Si、Al浓度、残酸蒸发残渣元素组成厦矿物组成、结构。列表给出了残酸中可溶Si、Al浓度范围厦平均值（单位mg／L）并作了分析讨论：残酸中Si、Al浓度很高，在某些情况下Al浓度甚至高于sj啦度；酸．矿物反应初期（0．5～2．0小时）Si、Ai浓度起伏变化，这是各种垢的主要形成期：长石类、高岭石厦蒙脱石与酸反应后的残酸（厦残酸蒸发残渣）的Si／Al比小于原始值，说明长石晶体[AlO4]^5-四面体和黏土晶体[Al4（OH）6]^6＋八面体的酸蚀速率和程度大于相应的[SiO4]^4-四面体；酸蚀后各矿物X衍射峰无明显变化．即矿物结构无大政变，无新矿物生成。根据文献资料讨论了水溶液中各种含铝离子的平衡反应，给出了分布系数与pH的关系，讨论了碎屑岩酸化中含铝垢的形成反应和条件：在酸性介质中形成Na3AIF6、K2AlF5、AlF3等垢．在弱酸性介质中形成Al（OH）3垢，在高温下（91℃）pH=2．5时形成AlF（OH）2垢。讨论了防止碎屑岩酸化中生成含铝垢的措施。图1表1参1l。