超深井钻具失效计算与分析
深井钻具失效原因分析与预防对策
文章编 号 : 1 0 0 9 9 1 4 X ( 2 0 1 4 ) 0 6 — 0 4 2 5 一 O 1
劳极 限降 低。 在钻具 组件 中连接螺 纹是 引起应力 集 中的最直接 、 最 关键 的因素 ,
导致 钻具 的疲 劳破 坏的 一个 关键 因素 是由于 钻具 的连 接螺纹 部位 的交 变弯 曲
应力 中。
( 1 ) 使用根 部圆 角半 径较大 的数字 型螺纹 , 并采用 高疲劳 寿命接 头螺纹 ( L E T 扣) , 通过 降低 螺纹 最后 啮合 处的螺 纹 牙高度 , 改善钻 具螺 纹 的应力 分布 状况 , 以有 效地 降低 钻具 螺纹处 的应力集 中 , 减 少钻具尤 其是 钻挺 内外 螺纹失效 的 发 生。 ( 2 腋 用P D c 钻头, 井下 动力 钻具 、 液 力加 压器 等工 具改变 钻 具的工 作状 态 , 减轻 钻具 的弯 曲和弯 曲应 力。 ( 3 ) 配备 液压 大钳 或扭矩 仪上 扣 , 保 证合 适的上 扣 扭矩 , 防止钻 挺粘 、 刺。 ( 4 ) 加减 震器 、 悬 浮器 , 并且 在钻 进时及 时调 整钻 进参数 , 以控 制钻柱 的振 动。 ( 5 ) 使用 内涂层 钻杆 , 并提 高 钻井液  ̄ J  ̄ p H 值, 使p H值大 于等 于l 0 , 以控制钻 井液 的腐蚀 , 并 防止钻杆 管体刺 穿失 效的发生 , 使 用 内加厚 过 渡 带改 进型 的新 钻 杆 ; 使用1 8 O 斜 台肩钻 杆 。
科 学论 坛
aபைடு நூலகம் I
钻具失效案例分析
5)微观断口有泥纹花样。
氢脆特征
1) 宏观断口表面洁净,氢脆断裂区呈结晶颗粒状亮灰色; 2) 显微裂缝呈断续而弯曲的锯齿状; 3) 微观断口沿晶分离,晶粒轮廓鲜明,晶界面上伴有变形线(发纹线、或 鸡瓜痕); 4) 失效部位应力集中严重,氢致破断源位于表面;应力集中小,氢致破 断源位于次表面(渗碳……等表面强化零件多源于次表面); 5) 失效应力主要是静拉应力,特别是三向静拉应力。
结果导致钻具偏磨、疲劳断裂。
长庆油田钻具失效情况
2002年长庆气田共发生钻具失效事故193起。其中钻 铤155起,占80.3%。钻杆37起,占19.2%。转换接 头1起,占0.5%。 在155起钻铤失效事故中,母扣裂纹或断裂113起, 占58.5%。 公母扣刺坏的31起,占20.0%。公扣裂纹 或者断裂7起,占4.5%。 在37起钻杆失效事故中,管体加厚过度带部位刺穿 的24起,占64.9%。公扣断裂的2起,占5.4%。扣刺 坏的5起,占13.5%。吊卡台肩裂纹6起,占16.2%。 转换接头失效是因螺纹刺坏而失效。
3) 宏观断口附近无塑性变形,疲劳区因腐蚀介质作用 及产物在该区留存,而失去金属光泽;
4) 微观断口由于腐蚀介质作用,疲劳条痕模糊不清; 6) 工作环境具有液态、气态腐蚀介质或潮湿空气; 7) 属多源疲劳。
5) 断口表面腐蚀产物成份与工作环境介质成分相对应;
氢脆和应力腐蚀
应力腐蚀特征
1)存在应力(拉应力)和敏感的腐蚀介质下工作条件; 2)宏观断口由应力腐蚀破裂区(源区和应力腐蚀裂缝 扩展区)一般呈暗灰色,断口组织粗糙,伴有腐蚀产 物复盖;瞬断区新鲜断口呈纤维状并伴有幅射棱线 (有时由于环境污染呈腐蚀性灰色)及剪切唇; 3)应力腐蚀裂缝形貌呈树枝状,分叉裂缝系腐蚀产物 体积效应造成结果; 4)微观断口形貌有腐蚀产物。若属沿晶应力腐蚀破断, 微观晶粒外形轮廓因腐蚀而模糊不清,晶界加宽,晶 界面上常有细小腐蚀坑或核桃纹;若属穿晶应力腐蚀 破断,微观断口形貌多呈解理河流花样。
钻具失效原因分析及对策研究
钻具失效原因分析及对策研究发布时间:2022-07-21T02:21:38.348Z 来源:《中国科技信息》2022年第33卷第3月5期作者:陈国林,徐冰,梁天程,陈龙,李振刚,赵桦[导读] 钻井施工花费巨大,一口深井的钻井作业成本往往达到几千万元。
在钻井作业过程中,井下钻具的工作环境十分恶劣,要在高温高压环境下承受各种应变载荷和剧烈碰撞,陈国林,徐冰,梁天程,陈龙,李振刚,赵桦渤海钻探管具与井控技术服务分公司,管具井控技术服务中心摘要:钻井施工花费巨大,一口深井的钻井作业成本往往达到几千万元。
在钻井作业过程中,井下钻具的工作环境十分恶劣,要在高温高压环境下承受各种应变载荷和剧烈碰撞,同时还要受到钻井液的冲刷和腐蚀。
由钻具失效产生的起钻换钻具以及停钻打捞落鱼等事故会严重影响钻井施工进度,增加勘探开发成本。
因此有必要对钻具在井下可能产生失效的原因进行系统分析,针对性地给出策略,从而预防和避免井下事故的发生,为提高油气田开发效率提供技术支持关键词:钻具失效;失效分析;对策引言钻具在油田钻井期间主要提供动力、钻压和循环钻井液等等,在钻柱中占据着至关重要的地位,降低钻具失效的发生频率可以为整体油田钻井工程提供良好的保障,所以对钻具加以管理和质量检测是油气井建设工程中的关键任务,需要采取科学有效的措施对其加以控制和管理,提高钻具使用的安全性和可靠性。
1当前石油资源开采作业中存在的问题石油资源开采周期长、作业环节多,所以随着开采时间的不断推移,相关问题也会接连出现。
为了提升石油资源开采质量,开采企业应重视作业过程中出现的种种问题,并逐一予以解决,方可进一步提升开采效率。
一般来说,采油、测井、钻井以及运输是石油开采工作中重要的四个阶段。
在上述四个阶段中,开采企业应加强管理力度,每个阶段都要指派专业人员负责,防止某个阶段出现问题。
在开采作业时,如果测井资料不够准确,将会对后续开采作业造成影响,一旦测井误差比较大,甚至会提升钻井工作的风险等级。
钻具稳定器失效分析
钻具稳定器失效分析:稳定器工作千米以上的井下,受静压力、应力、温度以及空气、水、钻井液等应力、温度以及空气、水、钻井液等环境介质的影响疲劳断裂、烧伤及腐蚀情况时有发生,恶劣的工作条件加上制造时有发生,恶劣的工作条件加上制造工艺、材质选择、产品后期管理和使用方法的因素,使用得稳定器的失效具有就生产现场而言,稳定器主要存在以下几种失效方式。
1.钻具稳定器螺旋主体磨损失效。
稳定器螺旋主体外表面紧贴井壁,在工作时存在较高的相对运动,坚硬的井壁作为磨料破坏着稳定器,造成稳定器壁厚减薄,丧失扶正功能,承载能力下降,同时会在稳定器表面产生划痕,此工况下主要失效形式表现为磨料磨损,其控制机理主要为显微切削。
为了增加稳定器的耐磨性,也采用在稳定器表面镶嵌研制合金的作法,但由于硬质合金工作时脱落的情况也十分严重,脱落的硬质合金碎块不但造成钻进进程缓慢同时也恶化了稳定的工作环境。
2.钻具稳定器主体过载断裂。
稳定器的过载断裂是由于工作载荷超过了构件的承载能力引起的。
一方面由于选材及稳定器热处理不当造成材料晶相组织不良导致材料强度达不设计要求,承载面积减少使结构强度下降,另一方面是工作负荷过大造成失效。
3.钻具稳定器螺纹失效。
3.1螺牙倒扣和密封失效。
稳定器在工作时转速不是均匀的,特别是在突然加速时,扭矩突然增加,稳定器与井壁、公扣母扣的交互作用在接头产生高温,高温高压密封脂从螺纹间隙溢出,可能造成螺牙倒扣从而引起密封失效。
3.2胀扣、黏扣及滑脱在较高的工作压力下,强制性地使用公扣进入母扣很容易引起母扣胀开或黏扣,从而造成联接失效,上紧扭矩过高或井下产生过高扭矩时也会因胀。
3.3钻具稳定器螺纹的其它失效。
当螺纹锥度较大时,上紧数未达到适当圈数而扭矩就已达到设计值,稳定器在承受轴向力时就易发生脱扣,此外还可能产生螺纹断裂、螺牙剪切失效。
3.4钻井环境条件恶劣引起失效。
随着钻井深度的增, 地层温度按2. 4℃~310℃/100 m的梯度增加,若以井深度为3 000 ,米计算,地层温度可达100℃左右,钻井所产生摩擦热在井底温度可达100℃,随着井深增加此温度还会增加很多,在这样的高温下,钻井过程中遇到的腐蚀介质氧、二氧化碳、硫化氢、溶解盐类具有更好的反应条件造成钻具稳定器腐蚀加剧,更为严重的是稳定器和井壁高速摩擦所产生的热量如果不能得到很好的传递,稳定器外表温度可达到马氏体相变温度以上,这将严重影响材料的金相组织和物理特性。
钻具常见失效形式
钻具常见失效形式钻具是石油钻井中的重要工具,用于在地表进行钻井作业,具有耐磨、耐高温和高强度等特点。
在实际工作中,由于工况复杂和长时间使用等原因,钻具常常会发生各种失效形式。
本文将介绍钻具常见的失效形式并进行详细分析。
钻头失效是钻具中最常见的失效形式之一。
钻头在实际作业中受到了很大的冲击和摩擦力,容易出现磨损和断裂等问题。
磨损主要表现为切削齿和锥度的磨损,主要原因是岩石的硬度大,钻头在切削过程中容易受到磨损。
断裂主要是由于钻头的材质质量差、工况复杂以及过度磨损等原因导致的,严重影响钻具的使用寿命和效率。
钢丝绳断裂也是钻具常见的失效形式之一。
钻井时,钢丝绳要经受较大的拉力,并且长时间使用容易出现断裂问题。
钢丝绳的断裂主要由于疲劳、腐蚀和磨损等原因引起。
疲劳断裂是由于钢丝绳长时间在弯曲和张力交替作用下,造成金属疲劳破坏。
腐蚀则是由于钢丝绳长时间暴露在潮湿、高温和酸碱等腐蚀介质中导致的。
磨损则主要是由于钢丝绳在滑轮等部位摩擦而造成的。
管柱失效也是钻具常见的失效形式之一。
管柱是负责将钻头送到井底并同时进行钻进作业的重要部件,容易因各种原因导致失效。
管柱的失效形式主要有塑性变形、捻度过大和疲劳断裂等。
塑性变形是由于管柱产生的塑性应变超过其材料的塑性极限而造成的。
捻度过大是指管柱在进行旋转运动时,由于扭力太大而导致破损。
疲劳断裂是由于管柱在工作中长时间受到往复应力作用而出现疲劳破坏。
钻柱失效也是钻具常见的失效形式之一。
钻柱是全部钻具的主体部分,承受着很大的拉压力和扭矩。
钻柱的失效形式主要有腐蚀磨损、金属疲劳断裂和材料缺陷等。
腐蚀磨损是由于钻柱长时间暴露在潮湿、高温和酸碱等腐蚀介质中而导致的。
金属疲劳断裂是由于钻柱长时间在往复载荷下产生的疲劳破坏。
材料缺陷则是由于钻柱材料质量不好或制造工艺不合格导致的。
钻具常见的失效形式包括钻头失效、钢丝绳断裂、管柱失效和钻柱失效等。
这些失效形式都与工况复杂、材料质量和使用寿命等因素有关。
钻具失效分析
摩擦裂纹
钻具与井壁或套管摩擦。
瞬时产生大量摩擦热。
局部温度超过材料相变温度,
金相组织变化。 组织应力和热应力超过材料 破断强度。 产生摩擦裂纹。
粘扣 内外螺纹旋合摩擦干涉,表面温
度急剧上升,使内外螺纹表面发 生粘结。由于上卸扣内外螺纹有 相对位移,粘扣常伴有金属迁移。 一般粘扣属于粘着磨损。如果有 沙粒或铁屑等硬质颗粒,粘扣为 磨粒磨损和粘着磨损。
无磁钻铤
磁导率很低的不锈钢制成的圆柱钻
铤。 当磁场强度为1×105/4π A/m时,相 对磁导率μ r 应小于1.010。 沿内孔任意相距100mm的磁感强度梯 度不应大于0.05 Μ t。 材料不应存在晶间腐蚀开裂。
保证测井仪器(利用磁性原 理)的测量结果准确性, 保证井眼轨迹符合要求。 用于定向井、水平井、大 位移井和要求很高的直井。
钻井参数对钻具使用寿命的影响 钻压
钻压过大,中和点易移到加重钻杆或 钻杆。 增加钻铤的弯曲载荷。 转速 转速过快钻柱在井眼摆动厉害,钻柱 受力情况恶化。
地层岩性对钻具使用寿命的
影响
硬地层使钻具磨损加剧,易产生
摩擦裂纹。容易发生跳钻、蹩钻 事故,使钻具受力条件更加苛刻。 蠕变地层容易导致卡钻事故。
大水眼)
过载断裂
钻具稳定器偏心脆断
钻杆直角台肩疲劳断裂
钻铤外螺纹疲劳断裂
钻杆内加厚过度带刺穿
钻杆内加厚过度带热蚀后对比
不同钻杆腐蚀速率对比(1.7~2.3倍)
H2S导致钻杆应力腐蚀断裂
钻铤本体断裂
钻杆内螺纹接头胀大
钻内螺纹接头摩擦螺纹
钻杆接头磨损
油管粘扣
震击器内螺纹龟裂
BSR=2.54:1 • 内径71.4mm BSR=2.73:15 API钻具数字螺纹接头 推广应用
钻具常见失效形式
钻具常见失效形式钻具是石油钻井中的重要工具,常见的失效形式对钻井作业的安全和效率都有重大影响。
钻具失效主要包括钻头损失、钻杆变形、接头损坏、尾管磨损和螺纹磨损等多种形式。
本文将就钻具常见的失效形式进行详细介绍,以便石油钻井工作人员能够及时发现和解决问题,确保钻井作业的顺利进行。
一、钻头损失钻头是钻井中最关键的部件之一,其失效会对钻井施工产生重大影响。
钻头损失的主要形式包括钻头磨损和断裂两种。
钻头磨损是因为长时间在高温高压下工作,受到岩石磨损作用而导致的,而钻头断裂则是因为材料本身强度不够或者操作不当造成的。
钻头损失会导致以下问题:一是增加钻井成本,因为需要更换新的钻头;二是延长钻井时间,因为需停机更换钻头;三是增加钻井风险,因为断裂钻头可能造成其他钻具失效或井下事故。
对钻头损失的预防和处理至关重要。
二、钻杆变形钻杆是将旋转动力传递给钻头的关键部件,其稳定性对于钻井作业的安全和效率都至关重要。
在实际作业中,钻杆容易受到扭曲和冲击而发生变形,主要表现为弯曲和挤压两种形式。
钻杆变形会引起以下问题:一是降低钻井作业效率,因为变形后的钻杆难以传递旋转动力,严重影响钻进速度;二是增加井下事故风险,因为变形后的钻杆在旋转时可能造成其他钻具失效或井下故障。
对钻杆变形的监测和处理尤为重要。
三、接头损坏钻杆和钻头之间的接头是承受最大载荷的部件之一,所以其健康状况对于整个钻具工作的稳定性和安全性至关重要。
在实际作业中,接头容易发生断裂、磨损和疲劳等形式的损坏。
接头损坏主要影响主要表现在以下方面:一是增加钻具维护成本,因为需要更换新的接头;二是降低钻具的工作稳定性,因为损坏的接头会导致钻具整体的不稳定;三是增加井下事故风险,因为损坏的接头在工作时可能导致其他钻具失效或井下故障。
对接头的健康状况进行监测和维护就显得尤为重要。
四、尾管磨损尾管是钻井中必不可少的部件之一,它主要用来稳定钻杆和传递旋转动力。
在实际作业中,尾管容易受到岩石磨损的作用而发生磨损,主要表现为管壁厚度的减少和表面粗糙度的增加。
深井钻具失效原因分析与预防
深井钻具失效原因分析与预防【摘要】钻具服役条件恶劣,是钻井设备工具的一个薄弱环节,特别是在深井、超深井及复杂地质环境下钻井,钻具失效事故时有发生。
如果不加以预防及处理就可能造成钻井周期延长,钻井效率下降,从而造成经济上的巨大损失。
本论文首先从理论的角度总结深井钻具失效的机理,提出预防深井钻具失效的措施,对于提高深井钻井速度,降低钻井成本有重要意义。
【关键词】深井钻具失效疲劳寿命深井钻具失效是钻井过程中的常发事故。
如果不加以预防及处理就可能造成钻井周期延长,钻井效率下降,进而造成经济上的巨大损失。
因此,提高钻具本身质量,加强钻具管理,及时发现和消除深井钻具的不安全因素,找出深井钻具失效事故发生的规律,有针对性地采取相应措施,进而有效的控制各类钻具失效事故的发生,具有重要意义。
1 选题背景(1)随着现代工业的快速发展,当今社会对石油资源的需求越来越大。
伴随着浅部油气层的长期开采,各大主力油田现大多进入了开发的后中期,浅层勘探很难发现大型的油气资源,因此,在今后的油气勘探中,深井和超深井将成为国内外各大油气田增产上储的主要手段。
钻具失效在石油钻井界是普遍存在的。
(2)在深井、超深井钻井过程中,钻具的受力状况和井下环境异常恶劣,处在内、外充满钻井液的狭长井眼里工作,通常承受压、弯、扭力等载荷,钻具在井下的运动是一个复杂的动力学系统。
在钻井过程中,钻具主要的运动是旋转向下的运动,同时还总伴随着各种振动。
在钻井过程中钻具在任何部位断裂都会造成严重的后果,甚至使井报废。
2 失效机理2.1 经过多年来井下钻具失效事故的资料累积以及实验研究钻井工作者对钻具失效事故的原因已经有了统一的认识,公认绝大多数的钻具失效都是疲劳而引起的。
疲劳极限与应力集中有明显的关系,凡产生应力集中的各种因素,均使疲劳极限降低。
在钻具组件中连接螺纹是引起应力集中的最直接、最关键的因素,导致钻具的疲劳破坏的一个关键因素是由于钻具的连接螺纹部位的交变弯曲应力中。
钻具失效事故的原因分析及对策 - 副本
*杨自林,1960年生,工程师;1981年毕业于重庆石油校矿机专业,一直从事石油钻具、工具技术管理工作,曾发表论文多篇。
地址:(401237)重庆市长寿县云台镇。
电话:(023)40826115。
钻具失效事故的原因分析及对策杨自林* 游华江 蹇宗承(四川石油管理局川东钻探公司)杨自林等.钻具失效事故的原因分析及对策.天然气工业,2000;20(3):57~59摘 要 石油钻柱主要由方钻杆、钻杆、钻铤三大部分组成,因服役条件十分恶劣,使其成为钻井设备工具中的一个薄弱环节。
特别是在深井、超深井及复杂地质环境条件下钻井,钻具失效事故时有发生,四川川东地区仅1996年~1997年间就发生了303次钻具井下断裂事故,造成了很大的经济损失。
防止和减少钻具失效,关键在预防,为此,根据钻柱各部分在井内的受力特点不同将其划分为钻柱井口处、零应力点上部、零应力点附近、零应力点下部四个钻具失效段进行研究,查出其失效的实质及根本原因,提出科学可行的防范措施,有利于全面系统地预防预测钻具失效。
文章从分析钻具在使用过程中的受力情况出发,根据钻柱各部位在井内的受力情况,剖析了四种经常发生的、带共性的钻柱失效的主要特征及根本原因,重点提出了比较可行的、科学的预防这几种常发性钻具失效事故的有效措施和看法。
主题词 钻井 钻井工具 钻具事故 钻柱损坏 分析由于钻柱工作条件十分恶劣和钻柱结构的内在原因,形成了一个薄弱环节,其应力敏感区、敏感点是其频繁发生失效事故的根本所在,特别是在川东地区高硬度、多断层、高含硫、高压力、大倾角的高陡地质环境中打井,每年要发生几十次乃至上百次的钻具失效事故,约占中国石油天然气总公司的1/5~1/6,损失相当惊人。
这些钻具失效事故按其失效特征和原因,以及在钻柱上的不同部位,可归纳为几种常发性和带有共性的钻具失效。
钻具失效一般由钻具本身质量问题或钻具使用管理不当造成。
作为钻具本身质量问题,国内外有关研究机构(如我国石油管材研究所)已开展了大量富有成效的研究工作。
钻井机械性能失效过程的分析及控制措施
钻 井机械性 能 失效过程 的分析及控制措 施
◎关 震 付 杨
备将会直接决定着机械 设备 的故障发生率 ,所以在 日常操作设备 中,要做到规范操作 ,例如在启动机械 设备前 ,按照规范 ,要检 测冷却液是否充足 ,在预热 阶段也要也要等冷却液与机油达到一 定温度 之后 ,才能开始正常的工作 ,而某些操作人员由于一时心 急与疏忽 ,未按照上述规范来操作 ,就 会造成机械设 备的严重损 耗 ,增加机械设备故障的发生率。所以在 日常工作 中,我们要不 断地增强操作人员的规范意识 ,对重要设备 的操作人 员要定期地 进行培训 ,强化规范操作 ;此外还要对这些人员进行考核 ,未达 机械性 能失效的概述 机械性能失效是在一定的条件下 ,所产生的机械性能的非正 到要 求者 ,坚决不允许进行操作设备,这样可以大大地减 少机械 常运转。一般是指机械在常温 常压条件下工作 ,并且不存在很强 设备 的故障发生。 加 强机 械 配 件 质量 管理 。 由于 受经 济 利 益 的诱 导 ,在 配件 市 的腐蚀 性的环境 ,在此期间机械的每个部位都会承受不同载荷的 作用 ,从而造成不同程度 的性能失效。如果金属材料在载荷作用 场上 ,许多鱼 目混珠的配件充斥了柜 台,这些产品并不是不能用 , 下不能有效地抵抗外界的破坏性 , 就称 为机械性能失效。另外 , 根 只是其使用寿命有限 ,或者强度不够 ,所 以管理 人员一定要加 强 据外加载荷 的性质的不同对机械性能造成 的损害也不 同。常见的 配件质量 的管理 。做好机械设备的强制保养工作 。一般来说 ,造 机械性能失效主要有机械 的塑性失效、弹性 失效 、刚度失效、硬 成机械设备的故障原 因是机械设备的超 负荷运转引起的。我们通 过对 石油钻采机械 设备的故障进行分析 ,发现大部分 的石油机械 度失效、冲击韧性失效、断裂韧性失效、敏感性失效等。 设备故障 的发生 ,都是 因为平时对于设备的检修和保养不够造成 钻 井机械性能失效问题 的分析 零件 因高载荷和高冲击力而发生局部变形。因为钻井机械往 的。所 以我们就要在 日常队设备进行维护与检修 ,使设备能够长 往 要承 受 巨 大 的冲 击 力和 高载 荷 ,有 时 载荷 的峰 值 在 一 瞬 间 甚至 时间的处于 良好状态 :同时对于机械设备要充分地运用预防维修 保养制度 ,对这些设备进行强制的保养。现代石油行业中的机械 就会达 到很高 ,容 易发生变形甚至断裂。 塑性变形。由于钻井机械 设备有个特点就是 中 击 力大 ,高载 设备普遍都是大型的 ,并且各个模块 间的设备相互依存 ,一旦某 模块 出现问题 ,将会 导致其他系统无法正常运转,所以就要利 荷, 在机械的某个部位上比较容易发生挤压 现象而导致塑性变形。 比如钻井泵的传动齿轮 ,在长期高载荷的情 况下 ,则会发生塑性 用现代科学技术 ,对这 些设备进行预知性的故障维护 ,从而达到 变形 , 久而久之塑性变形一旦超过其最大承受能力, 齿轮就 失效。 降低故障维修成本的 目的。
超深井钻井钻具失效分析
超深井钻井钻具失效分析[摘 要]超深井钻井在施工中经常发生断钻铤、卡钻事故和井漏、井壁失稳、钻具偏磨等复杂情况。
这些事故及复杂情况严重地制约了钻井速度,同时造成了一定的经济损失。
通过对钻具失效情况进行分析,总结了经验教训,对今后超深井钻井的施工有一定的借鉴和指导意义。
[关键词]超深井钻井;钻具断裂;钻具失效;钻具损伤[内容]1 钻具失效分析钻具失效形式主要有钻具断裂、钻具刺漏、钻具内螺纹接头涨扣、钻具内螺纹接头开裂、钻具偏磨等等。
尤其是在深井、超深井以及水平井、大位移井等复杂井的作业过程中,钻具断裂的危害尤其严重,轻者增加钻井成本,延长钻井周期,重者导致填井侧钻甚至于整井报废。
在深井、超深井等复杂井的钻探作业中,用双扭矩台肩的钻具可以有效的提高钻具承载能力,降低钻具的断裂失效事故,提高钻具的安全可靠性。
2 .1失效分析的程序和步骤失效分析程序图:截取试样金相分析 微观断口分析 化学成分分析 常规力学分析确定失效的性质综合分析确定失效的原因下步改进的措施现场调查及残骸分析调查加工和服役历史 初步观察分析无损检测分析失效(故障)发生宏观断口分析2.2整个失效分析过程的几个环节:收集失效件的背景数据。
主要包括加工制造历史、服役条件和服役历史。
失效件的外观检查。
包括:失效件的变形情况,有无镦粗、下陷、内孔扩大、弯曲、缩径、断面解理形状等;失效件表面的加工缺陷,如:焊疤、折叠、瘢痕、刮伤、刀痕、裂纹等。
断裂部位所在的位置,是否在键槽、尖角、凹坑等应力集中处。
观察表面有无氧化、腐蚀、撕咬、磨损、龟裂、麻坑等。
察看相联件的情况。
1)断口分析:断口记录了断裂材料主裂缝所留下的痕迹。
通过对断口形貌的分析,不仅可以得到有关部件使用条件和失效特点的资料,还可以了解断口附近材料的性质和状况,进而判明断裂源、裂纹扩展方向和断裂顺序,确定断裂的性质,从而找到断裂的主要原因。
钻柱的服役条件及主要失效类型2)钻柱的工作状态在钻井过程中,钻柱是在起下钻和正常钻进两种工序中交替工作的。
钻杆失效事故统计分析及现场检测方案
钻杆失效事故统计分析及现场检测方案【摘要】本文统计了数个不同区块钻具失效的数据及具体的失效方式,并对常见钻杆失效原因进行了进一步的分析,提出钻杆现场检测的整体方案。
最后针对钻杆检测、钻具质量管理、钻井作业现场操作提出建议。
【关键词】钻杆失效失效分析检测方案1 钻杆失效事故数据统计1.1 中国石油天然气集团公司管材研究所(以下简称管材所)钻杆失效分析数据统计对管材所2006年完成的钻具失效分析项目的结果进行统计,在32项钻具失效项目中,钻杆失效(包括管体和接头)的总数达17项,占钻具失效总数的53.12%。
同时有以下具体特征:在泥浆钻井中,钻具失效的主要形式是杆体刺漏,约占钻杆失效的70%~80%;在气体钻井中,钻杆的失效形式主要是断裂失效,约占钻杆失效的80%。
1.2 国际钻井承包商协会钻杆失效分析调查统计根据国际钻井承包商协会钻杆失效分析调查统计,距内、外螺纹接头台肩450mm ~550mm处为杆体内加厚过渡区,钻杆失效事故70%是发生在该区域内的穿刺或者断裂所引起。
因此,杆体加厚过渡带结构上是钻杆的“薄弱环节”,钻杆失效事故多发生于此。
1.3 徐家围子区块钻具失效类型数据统计徐家围子区块钻具失效类型,钻杆断裂失效占多数,所占比例为42.11%,钻头牙齿折断、掉牙等所占比例为28.95%,刺漏所占比例为18.42%,其余失效形式的比例则相对较小。
2 钻杆失效主要原因分析常见的钻杆失效原因主要有腐蚀疲劳、裂纹、螺纹失效等。
2.1 腐蚀疲劳(可能导致钻杆刺漏等)腐蚀疲劳失效,指受到腐蚀环境和疲劳载荷两种因素所导致钻杆失效。
介质中受到交变载荷作用时疲劳寿命会显著降低,这是腐蚀和疲劳交互作用所造成。
引起钻杆腐蚀的因素很多,不同因素所造成的腐蚀形态不同。
钻杆腐蚀形态主要有均匀腐蚀和点蚀。
其中,均匀腐蚀是指,由化学或电化学反应造成的金属的整个表面或大部分表面上发生的腐蚀,如常见的钻杆锈蚀等。
点蚀又称小孔腐蚀,如钻杆存放或使用过程中内外表面产生的孔状腐蚀,小孔腐蚀常常引起腐蚀疲劳和应力腐蚀裂纹。
钻杆失效原因分析
钻杆失效原因分析2008年09月28日星期日钻杆失效原因分析在钻井过程中,钻杆在任何部位失效都会造成严重的后果,甚至使井报废。
我国各油田每年发生钻杆事故约五六百起,经济损失巨大,每年进口各种规格的钻杆就要耗用数亿元人民币的外汇。
随着浅层资源的不断枯竭,今后越来越多的钻深井、超深井,钻杆的安全可靠性就成为一个十分突出的问题。
钻杆失效一般表现为本体断裂和刺漏,钻杆螺纹处失效等。
原因大致是由以下一些因素引起的:钻进时钻杆的基本力学工况,钻具的组合及钻井工艺,井径规则性,偏磨,螺纹密封脂,钻井液,钻杆结构和材料,地层因素,井内腐蚀介质等,以上因素交互作用的结果导致钻杆失效。
钻杆的基本力学工况钻杆在内外充满钻井液的狭长井眼里工作,通常承受压、弯、扭、液力等载荷。
如果钻杆所受应力小于每平方米206.8牛顿时,钻杆虽经过无数次的弯曲,也不会产生疲劳裂纹。
钻井时钻杆承受弯曲、扭转和拉伸应力组成的复合应力很大,特别是在大位移定向井及水平井中扭矩极大,钻杆在远远小于100万次弯曲次数时便产生疲劳微裂纹;微裂纹产生后便不断扩大延伸,此时如果具有腐蚀作用的高压钻井液进入微裂纹中,就会加速裂纹扩展,最终导致钻井液刺穿钻杆的失效事故。
刺穿发展的结果,使钻杆有效断面不断缩小,刺孔加裂纹的总长度超过其临界裂纹尺寸时,即发生断裂。
除旋转向下的运动,同时还有钻杆的各种振动和涡动。
钻具组合及钻井工艺钻杆作为一个旋转的细长弹性杆件,有其固有振动频率,钻具的组合决定了此固有频率。
钻杆旋转时还会产生纵向、横向和扭转3种形式的振动,当它们的频率与固有频率相吻合时则产生共振。
共振的结果会在原来钻杆疲劳应力的基础上附加一个额外的疲劳应力,加速钻杆的失效。
采用长效螺杆钻杆替代转盘钻定向井、水平井的钻井工艺可以减少钻杆的旋转弯曲疲劳程度。
如牙轮钻头轴产生的纵向振动频率与钻头-钻柱系统的固有自振频率相同时会出现共振,使钻头的振幅增大,产生极大的冲击载荷,加剧钻杆疲劳。
论钻具失效的原因及使用探讨
论钻具失效的原因及使用探讨作者:李亭李茂国宋广涛来源:《企业文化·中旬刊》2013年第02期摘要:本文描述了钻具失效的形式,分析了钻具失效原因,并提出了相应的管理使用措施和建议。
关键词:钻具失效形式失效原因管理使用钻具失效主要是指钻具完全不能使用或仍然可以使用但达不到令人满意的功能或受到严重损伤不能可靠而安全地继续使用,必须修理或更换。
由于钻具失效而导致的钻井事故频繁发生,严重影响了钻井速度的提高,处理这些事故耗费了大量的人力、物力和财力,造成了巨大的经济损失,因此有必要对钻具失效进行大量调研和相关的分析研究,找出钻具失效的主要原因,从而采取相应的管理措施,提高钻具使用寿命,解决和预防井下钻具失效,提高深井钻井速度,进而提高整体钻进效率和技术水平。
一、钻具失效的形式钻具失效的形式多种多样,概括起来主要有以下三类,并且这几种失效形式常常同时存在并交互作用。
(一)过量变形钻柱接头在受载情况下螺纹部分的伸长;钻柱本体超过极限的弯曲及扭转。
(二)断裂断裂在钻柱事故中占的比例较大,危害也较严重。
主要包括以下几种:1.过载断裂。
如钻杆遇卡提升时焊缝热影响区的断裂;顿钻时的钻柱体折断。
2.低应力脆断。
在整个钻具失效中占相当大的比例。
钻杆、钻铤和转换接头处均有发生,如钻杆焊缝的脆性断裂、钻铤和转换接头螺纹部位的脆性断裂。
这种断裂的原因是疲劳损伤。
其显著特点是,在突然断裂前没有宏观前兆,一般测量手段查不出来,在不知不觉中造成灾难性事故。
所以低应力脆断是最危险的断裂方式之一。
3.应力腐蚀断裂。
是钻具失效的常见形式。
如钻具在含硫油气井中工作时的硫化物应力腐蚀断裂;钻杆接触某些腐蚀介质(如盐酸、氯化物类)时的应力腐蚀开裂。
4.氢脆断裂。
当金属中存在过多的氢时,在拉应力作用下可使材料发生氢脆。
实际上,由硫化氢和盐酸引起的钻具应力腐蚀断裂也是由于氢的作用造成的。
5.疲劳断裂。
失效主要发生在中和点附近,在这个位置要反复承受交变应力的影响,且钻具公母扣的根部也是钻具应力集中点,易发生疲劳失效。
超深井钻具失效计算分析
超深井钻具失效计算与分析摘要:在超深井钻井作业过程中,经常会发生卡钻、井漏、牙轮脱落、钻铤断裂以及井壁失稳等复杂情况。
对钻井成本造成很大的损失,并且影响了钻井施工的速度。
本文对钻具失效的力学特征进行了计算与分析,提出了深部钻井的施工的注意事项,对今后在超深井钻井施工具有借鉴和指导意义。
abstract: in the progress of ultra-deep well drilling,there are a lot of complex cases, such as freezing, mud loss,cone dropping, drill collars fracture and borehole instability. which can cause great losses for drilling, and can affect drilling rate. in this paper, the mechanical characteristics of drilling tool failure have been calculated and analyzed, the precautions of implement have been proposed in the progress of ultra-deep well drilling. the results can have reference and guidance for ultra-deep drilling in the future ultra-deep well drilling.关键词:超深井钻井;钻具失效;井壁稳定key words: ultra deep well drilling;drilling tool failure;borehole stability中图分类号:te921 文献标识码:a 文章编号:1006-4311(2013)20-0107-020 引言由于深井钻井工程具有很强的系统性和复杂性,这对钻井技术、操作方法以及钻井工具等各个方面提出了更高的要求。
钻具失效的分析及预防
钻、 蹩钻现象 , 使得钻具产生疲劳失效的几率加大, 中石 化西指的排 13 0 井设计井深仅 90 曾出现 5 0m, 次钻具 失效事故 , 用了 4 d 5 才打完该井 。
1 钻 具 的主要 失效 类型 及特 点
钻具失效形式主要有钻具 断裂 、 钻具接 头粘扣 、 钻 具刺漏 、 钻具 内螺纹接头涨扣、 钻具 内螺纹接头开裂、 钻 具偏磨等等 。钻具断裂是最严重的钻具失效形式 , 尤其
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开裂 。
西部 探矿 工程
20 08年第 8期
() 2 产品自身质量缺欠主要集 中在如下几个方面 :
() 4氢脆断裂 : 当金属 中存在过多氢时, 在拉应力作 用下可使材料产生氢脆 。实际上 , 由硫化氢和盐酸引起 的钻 柱应 力腐蚀 断 裂也是 由于氢 的作 用造 成 的 。 () 劳 断裂 : 5疲 一般 发生 在钻 杆接 头 、 铤 和转换 接 钻 头螺纹部位等截面变化区域或 因表面损伤而造成 的应 力集 中区。由于整个钻柱承受复杂的交变应力 , 有些部 位, 如螺纹根部、 焊缝及划伤等缺陷处会出现应力集 中。 缺 口根部应力可高 出平均应力几倍或更高 。所 以缺 陷 处很快发生裂纹并扩展 , 直到断裂。 () 6腐蚀疲劳断裂 : 在钻柱失效 中占 4 , 以钻 O 且 杆 居多 。在 钻 杆失 效 中 , 蚀 疲 劳 断 裂 约 占 8 。 与 腐 O 普 通疲 劳断 裂一样 , 纹一般 产 生在 应力集 中严 重 的部 裂 位 或 以表 面腐 蚀坑 为源 , 生裂纹 并 扩展 。 萌 钻具 接 头粘 扣 失 效 常 见 于钻 铤 螺 纹 粘 扣 。排 13 0 井的4 次粘扣事故都发生在钻铤螺纹处 , 由胜利塔里木 钻井公司承钻的同 1 井发生的粘扣事故也都 发生在钻 铤螺纹处, 这类井一般跳钻现象较严重。粘扣表现为相 互接触金属表面间的一种冷焊现象 , 如果金属之间再发 生进一步的相对滑动和旋转 , 会引起冷焊部位的撕裂。 2 钻具 失效 的原 因 引起钻具失效 的原 因往往不是单一的 , 而是几方面 原 因综合作用的结果 , 如钻具的使用工况和环境 , 钻具 质量 , 使用者的操作 以及钻具 的机械损伤等。据权威部 门对失效原因统计分析得知 , 在引起产 品失效的主要原 因中, 由使用方操 作不 当引起 的失 效 , 占失效 总数 的 3 . 。由产品 自身质量缺欠引起 的失效 占失效总数 33 的 3 . , 8 5 此处的质量缺欠指 的是没有达到购买方要 求的订货技术条件 。由工作环境 、 复合载荷作用 引起的 失效( 如疲劳 、 腐蚀疲劳等) 占失效总数 的 4. %, 6 2 产品 在运输、 存放或使用 中因外力造成 的机械损伤促使了产 品早 期失 效 占失效 总数 的 l. 。 O3 () 当操 作 中 主要 包 括钻 具 过 载 、 具 上 扣 不 到 1不 钻 位、 钻具选型及配合不合理 。经 现场调研可知 , 上扣扭
超深井钻具剩余强度研究
文章旨在研究超深井环境下温度等因素对钻具强度性质的影响规律,由于随着钻具的使用和钻井深度的增加,钻具强度受到一定损失,对于钻井效率和钻井深度达不到相应要求,此时需要采取相应措施,以使得在超深井中钻具剩余强度仍能达到继续深入钻井的要求,且不会受到破坏。
而只有清楚影响因素作用下钻具强度和疲劳性变化,才能减轻破坏和损失。
一、钻杆强度受温度影响规律1.温度对U165超高强度钻杆钢冲击韧性的影响根据断裂力学强度理论,临界允许缺陷尺寸与 有关,表示断裂韧度,表示屈服强度,即管材强度越高,需要匹配的韧性也越高。
表1 U165钻杆钢裂纹扩展能量由表1可知,随温度的下降,裂纹形成功逐渐上升,这主要归因于随温度的降低,材料承受载荷的能力增加,裂纹形成功升高,也就是说低温环境下屈服强度极限点更高,钻具的抗疲劳强度更高,属性较好。
2.高温对G105钻杆力学性能影响(1)先分组进行高温热处理实验试验在SX2-6-13型高温箱式电阻炉上进行。
热处理试验淬火温度确定为890°C,淬火保温时间确定为100min,淬火冷却为水冷。
回火温度取4组温度,每组间隔20°C,分别为660°C、680°C、700°C、720°C,回火保温时间为1min,回火后空冷。
将未经热处理的试样即原样编号为1#,经过热处理的试样按回火温度660°C、680°C、700°C和720°C从低到高分别编号为2#、3#、4#和5#,一共5组试样。
(2)接着进行力学性能测试按照拉伸试验标准GB/T228-2002对热处理后钻杆材料开展拉伸试验。
用万能材料试验机分别对处理和未处理的钻杆进行测试,计算出抗拉强度与屈服强度,进行比较。
3.S135钻杆在高温下强度影响规律在万能材料试验机上对s135钻杆材料进行室温拉伸试验, 测试抗拉强度和屈服强度。
而后材料经不同时间等温淬火工艺+不同温度回火工艺处理后的强度指标变化情况。
深井钻具稳定器失效分析及设计研究
深井钻具稳定器失效分析及设计研究现场钻具失效资料的统计分析表明,在钻具失效事故中稳定器失效占有很大一部分。
为了提高在深井和超深井井底钻具组合中稳定器的使用寿命,根据收集的国内外和现场的关于稳定器的资料,对稳定器作失效分析,得出现场使用中稳定器失效的主要机理;然后就稳定器的工作段、螺纹联接区和本体三部分的结构进行设计研究,提出相应的改进措施。
通过对稳定器进行失效分析,找出现场使用中稳定器的主要失效类型和失效机理:螺纹接头发生粘扣或刺扣;螺纹接头发生疲劳断裂;工作段基体材料因磨料磨损和冲蚀磨损而凹陷,凸出基体表面的硬质合金块折断或因失去基体支撑而脱落,工作段因无法保持工作直径而失效。
基体材料的抗磨损性能是工作段寿命的关键,为此采用在硬质合金块之间的基体上堆焊一层抗磨料磨损的材料,增加基体的抗磨损性能。
选择了几种抗磨料磨损性能好的焊接材料,与基体材料进行了抗磨损性能对比实验,优选出在基体表面堆焊铸造WC能够大大的提高工作段的抗磨损性能。
对试件的表面进行电镜分析,验证了失效分析得出的结果和机理的正确性。
螺纹联接区是另一个稳定器失效的常见区域,对螺纹接头在预紧力和轴向力作用下进行了受力分析,得出了螺纹各牙的载荷百分比。
计算出在横向力作用下螺纹的周向应力。
对接头进行疲劳计算,得出螺纹根底是一个高的应力集中源。
螺纹部位承受高的交变应力,是导致螺纹联接螺纹失效的主要原因。
针对螺纹联接区的设计,综述了一系列改进措施。
提出在稳定器的本体上加工应力分散区,既有利于降低本体段的应力峰值,同时可降低螺纹接头的应力峰值,提高螺纹联接的可靠性。
针对应力分散区不同的深度、宽度和位置建立了相关的有限元模型,分析出应力分散区深度、宽度和位置的不同对螺纹接头应力峰值的影响程度。
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王福合‘ 鳓 W ANG F u - h e ; 郑 智 冬③Z HE NG Z l l i — d o n g
( ① 长江大学石油工程学院 , 武汉 4 3 0 1 0 0 ; ②渤海钻探钻井三公司, 库尔勒 8 4 1 0 0 0 ; ③渤 海钻探第三钻井工程公司新疆项 目部 , 库 尔勒 8 4 1 0 0 0) ( ① e C o l l e g e o f P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g i n C h a n g j i a n g U n i v e r s i t y , Wu h a n 4 3 0 1 0 0 , C h i n a ; @ ) T h e T h i r d D i r l l i n g C o m p a n y o f B o h a i
Va l u e Eng i ne e r i n g
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超深 井钻具失效计算与分析
Th e Ca l c u l a t i o n a n d An a l y s i s o f Dr i l l i n g To o l Fa i l u r e i n Ul t r a - - d e e p We l l Dr i l l i n g
关键词 : 超深井钻井 ; 钻 具失效 ; 井壁稳 定
Ke y wo r d s : u l r t a d e e p we l l d i r l l i n g ; d i r l l i n g t o o l f a i l u r e ; b o r e h o l e s t a b i l i t y
中图分类号 : T E 9 2 1
文献标 识码 : A
文章编号 : 1 0 0 6 — 4 3 1 1 ( 2 0 1 3) 2 0 — 0 1 0 7 — 0 2
0 引言
钻、 跳 钻现象 , 容 易造 成钻 具 失 效。 钻 具 失 效 是 导 致 钻 井 速
由于 深井钻 井工程具 有很强的系统 性和 复杂性 , 这 对 度 降 低 的 重 要 原 因 , 特 别 是 在 深 井钻 井 中 , 频 繁 发 生 的 钻 钻 井技术 、 操作 方法以及钻 井工具 等各个方面提 出了更 高 具失效不但会使钻 井成本急剧增加 , 而且 会增加钻 井施工 严重影响 了钻井的工程进 度。本 文针 对 目前钻 具 的要 求。深部地层岩性上软 下硬 ( 软硬 交互 ) , 容易 出现 蹩 的成本 , 失效的技术难题 ,结合国内外深 井复杂井钻 井技术 现状 ,
D r i l l i n g , K o r l a 8 4 1 0 0 0 ;  ̄ ) T h e hi T r d D i r l l i n g C o m p a n y X i n j i a n g P r o j e c t D e p a r t m e n t o f B o h a i D i r l l i n g , K o r l a 8 4 1 0 0 0 , C h i n a ) 摘要 : 在超深井钻并作业过程 中, 经常会发 生卡钻 、 井漏、 牙轮脱落 、 钻铤 断裂以及井壁失稳等复杂情况 对钻井成本造 成很 大的 损失 , 并且影 响了钻井施3 - 的速度。本文对钻 具失效 的力学特征进行 了计算与分析 , 提 出了深部钻井 的施工的注意事项, 对今后在超
深井钻井施工具有借 鉴和指导 意义。
Ab s t r a c t :I n t h e p r o g r e s s o f u l t r a - d e e p we l l d r i l i n g , t h e r e a r e a l o t o f c o mp l e x c a s e s ,s u c h a s f r e e z i n g , mu d l o s s , c o n e d r o p p i n g , d i r l l c o l l a r s f r a c t u r e a n d b o r e h o l e i n s t a b i l i t y . Wh i c h c a n c a u s e g r e a t l o s s e s f o r d i r l l i n g . a n d c a n a f f e c t d r i l l i n g r a t e . I n t h i s p a p e r , t l 1 e me c h a n i c a l c h a r a c t e i r s t i c s o f d il r l i n g t o o l f a i l u r e h a v e b e e n c a l c u l a t e d a n d na a l y z e d . t l l e p r e c a u t i o n s o f i mp l e me n t h a v e b e e n p r o p o s e d i n he t p r o re g s s o f u l t r a — d e e p w e 1 l d i r l l i n g . T h e r e s u l t s c a n h a v e r e f e r e n c e a n d g u i d nc a e f o r u l t r a — d e e p d r i l l i n g i n t h e f u t u r e u l t r a — d e e p w e l d i r l l i n g .