高新94—1井钻杆本体刺漏原因和对策分析

［ ２ ］ 郭 海 清 ，马 永 安 ．井 斜 对 钻 具 影 响理 论 在 轮 古 １ ３井 钻 具 刺 漏 原 因 分 析 中 的 应 用 ］ 钻 采 工 艺 ，２ ０ ０ ３ ，２ ６（ １ ２ ） ：１ － ４ ．
［ ３ ］万里平 ，孟英峰 ，杨龙 ，等 ． 钻柱失效原因及预防措施 ［ Ｊ ］． 钻采工艺 ，２ ０ ０ ６ ，２ ９（ ］ ：５ ７ — ５ ９ ．
漏现 象 。 ５ ） 钻 杆 放 置 不 合 理 一 般 而 言 ， 在正 常 的钻井 过程 中，钻杆 一 般都 是 放 图 ２ 钻杆放置不合理
置在 专 门的钻 杆架 上 ，但 当一 口井 固井 完井 后 ，从井 底起 出来 的钻 杆 ，有 的会 安置在 ２ 层 钻杆 之 间 （ 见 图２ ） 。这样 会使 钻杆 在 自下而 上 的堆 积过 程 中不 断受 到 冲击 载荷 的作 用 ，导致 钻 杆 受 到很 大 的金 属疲 劳伤 害 。与没 有受 到伤 害 的钻杆 相 比 ，在 同等 的钻 井环 境下 这些钻 杆 本体更 加 容易 刺漏 。
分 ，大部 分 出现钻 杆本 体 刺漏 的部 位都 发 生在 加厚 过渡带 上 。其 原 因是 腐蚀 坑 造 成钻 杆本体 不 连续 ，周 围形 成 很 高 的
应 力集 中 ，加上 钻杆 内加 厚 过渡 段 本 身
就 存 在严重 的应 力集 中 ，在 上述 应 力共 同作用 下 ，钻杆 内加 厚 过渡 带产 生 疲 劳 裂 纹并 快速 扩 大 ，最 后 产生 钻杆 本 体 刺
２ 应 对 措 施
１ ）在钻 井液 中加 入适 量 的缓 蚀 剂和 除氧 剂 由于 钻井 液 中 的溶 解 氧对 钻 杆 表 面造 成 氧腐 蚀 并 形 成
腐蚀 坑 ，对此 应 在钻井 液 中加入 适量 的缓 蚀剂 和除 氧剂 去除 钻井 液 中的氧 气 ，对钻 杆表 面起 到 隔离保 护
的作用 ，从 而有 效 防止 钻杆 本体 刺漏 失效 。
集 中 ，进 而促使 疲 劳裂纹 产 生并不 断 扩大 ，最 终产 生钻 杆本体 刺 漏现象 ［ ３ ］ 。
２ ）钻 杆 滤清 器的影 响 高 新 ９ ４ － １ 井 是 一 口定 向井 ，在钻 进 过程 中定 向造 斜 时 ，为 了 防止井 下钻 具 的水 眼堵 塞 和减 少钻 头 的
水力 功率 ，在 钻 杆 中放 置 了滤 清 器 。滤 清 器 的外 部 是 一 层 滤 网， 钻井 液通过滤 网 时流 向 、流 速会 发 生变 化 ，在 钻 杆旋 转 的作 用 下
高新 ９ ４—１井钻 杆 本 体 刺 漏原 因和对 策分 析
刘 功 威 ，张 辉 ，方 文 超 （ 中国石油大学 （ 北京）石油工程学院， 北 京１ ｏ ２ ２ ｏ ０ ） 闵 江 本 （ 长江大学石油 工程 学院， 湖北 武汉 ４ ３ ０ １ ｏ ｏ ）
［ 摘 要 ］针 对 高 新 ９ ４ — １井 现 场 钻 井 作 业 中 的钻 杆 本 体 刺 漏现 象 ， 分析 了钻 杆 本 体 刺 漏 的原 因 ，主 要 包 括 钻 杆 被 腐 蚀 、钻 杆 滤 清器 的 影 响 、 钻 杆 受 交 变 应 力 作 用 、钻 杆 薄 弱 部 分 的 影 响 和 钻 杆 放 置 不 合 理 。 提 出 了 预 防钻 杆 刺 漏 事 故 发 生 的相 关 措 施 ：在 钻 井 液 中加 入 适 量 的 缓 蚀 剂 和 除 氧 剂 ；用 锥 形 泥 浆 滤 网取 代 圆柱 形 泥 浆 滤 网 ； 强化 钻 杆 本 体 探 伤 检 查 执行 力度 ； 合 理 设 计 井 身 结 构 和 正 确 放 置 钻 杆 并 加 强 日常养 护 。
长江大学学报 （ 自科 版 ） ２ ０ １ ３ 年３ 月号石 油中旬 刊 第 １ ｏ 卷 第８ 期 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｙ ａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｔ Ｓ ｃ ｉ Ｅ ｄ ｉ ｔ ） Ｍａ ｒ ． ２ ０ １ ３ ，Ｖｏ １ ． １ ０ Ｎｏ ． ８
２ ） 用锥 形 泥浆 滤 网取 代 圆柱 形泥 浆滤 网 由于钻 杆滤 清 器 上 圆柱状 泥浆 滤 网不 仅 造 成 滤 网 与钻 杆 内管壁 间 隙过小 ，还会 导致 钻井 液 高 压 射 流对 钻具 内壁 的 大 力 冲击 ，因 此 ，可 以考 虑使 用 锥 形 泥 浆 滤 网 ，该 装置 可大 大 降低 钻 井液对 钻杆 内壁 的 冲蚀程 度 ，进 而减少 钻杆 本体 刺漏 失效 事故 的发 生 。 ３ ） 强化钻 杆本 体探 伤检 查执行 力度 在 钻井 现 场 ，虽然 工 作人 员 会 定 期对 钻 杆 进 行探 伤 检 查 ，但
应 力 ，这样 可 以有效 防止 产生 钻杆 本体 刺漏 现象 。
５ ） 正确放 置钻 杆 并加 强 日常养护 在钻 井作 业 过 程 中 ，应 注 重 正确 放 置 钻 ， 同时定 期 对 钻 杆 进行
保养 和维 护 ，这 样做 能减 少钻 杆本 体刺 漏现 象 的发生 。
３ 结论 与 建 议
１ ） 引起钻 杆本 体刺 漏 的原 因主要 包括 钻杆 被 腐蚀 、钻杆 滤 清器 的影 响 、钻 杆受 交 变 应 力作 用 、钻
杆薄 弱部 分 的影 响和钻杆 放 置不合 理 。
２ ） 为防止 钻杆 本体 刺漏 ，应 采取 以下 措施 ：在 钻井 液 中加 入 适 量 的缓 蚀 剂 和 除 氧剂 、用 锥 形 泥 浆 滤 网取代 圆柱 形泥 浆滤 网 、强化钻 杆本 体探 伤 检查执 行 力度 、合 理设计 井 身结 构和 正确放 置 钻杆 并加 强
钻 杆 本 体 刺 漏 原 因分 析
１ ） 钻杆被 腐 蚀 高新 ９ ４ — １ 井 的作业 区属于 唐 山唐海 县 附近 ，地理 自然 位置 靠 近大 海 ，空 气潮 湿 多 雨 ，含氧 量较 高 。钻杆 在长 期 的储存 和使 用过 程 中经 常与 氧气 和水相 接触 ，在 有氧 腐蚀 的环 境下 ，钻井 液 中携带 的溶 解氧 与钻 杆材 料 中的 Ｆ ｅ发生 电化 学反 应 ，溶解 氧产 生 的 电化 学腐 蚀 的反应 过程 为 ２ ］ ：
图 １ 钻杆 受 交 变 应 力 作 用 示 意 图
石 油 中 旬 刊 ＊油 气 田 开 发 工 程
２ ０ １ ３年 ３月
钻杆 壁厚 ，严 重时 导致钻 杆刺 穿 或断裂 。
４ ） 钻杆 薄 弱部 分 的 影 响 钻 杆 加
厚过 渡 带 是 钻 杆 的 一 个 非 常 薄 弱 的 部
Ｅ ４ ］ 张 春 婉 ，张 国 正 ，董会 ， 等 ． ￥ １ ３ ５ 钻杆本体刺穿失效分析 ［ Ｊ ］ ．石 油 矿 场 机 械 ，２ ０ ０ ９ ，３ ８（ １ ２ ） ：６ ５ — ７ ５ ．
［ 编辑 ］ 李 启 栋
井段 时 ，钻杆 要 承 受 弯 曲 载 荷 （ 见图 １ ） 。弯 曲 的钻 杆 在 最 大 弯 曲截 面处 一 边 受 压 ，另 一 边 受 拉 ，当 钻 杆 旋 转 一 周 后 ，钻 杆 上 某 一点 经 受 了 从 拉 到 压 的 一 个 应 力 循 环 ，此 即 交 变 应 力 （ 动
载） ＿ ４ Ｊ 。交变 应力 作用 的结果 容 易 导 致 钻杆 表 面 应 力集 中部 位 产 生 裂纹 ，只要交 变应 力持 续作 用 ，则裂纹 会继续 ［ 作者简介］刘功威 （ １ ９ ８ ７ 一 ），男 ，硕士生 ，现主要从事油气井力学方面的研究工作。
［ 关键词］ 高新 ９ ４ — １井 ；钻 杆 本 体 刺 漏 ； 钻 井 作 业 ［ 中图 分 类 号 ］ Ｔ Ｅ ９ ２ １ ． ２ ［ 文献标志码］Ａ ［ 文章编号］１ ６ ７ ３ —１ ４ ０ ９（ ２ ０ １ ３ ）０ ８ —０ ０ ９ ５ —０ ２
钻 具失 效是 指钻 具在 钻井 作业 过程 中因断裂 、刺 穿 、粘 扣等 事故 而发 生部分 或 全部失 去其 效能 的现 象＿ １ ］ 。钻 杆本 体刺 漏属 于典 型钻 具失 效 ，在钻 井 现场经 常 发生该 现 象 ，严 重 影响钻 井作 用并 造成 较大 的 经 济损 失 。以高 新 ９ ４ — １井为 例 ，在该 井钻 井 过 程 中 ，共有 ３根 钻 杆 发现 本 体 刺 漏现 象 ，都 发 生在 定 向
会产生 涡流 ，加 之钻井液 中的 固相颗 粒不 停 的高速 冲击钻 杆 内壁 ， 会导致 钻杆 内的保 护涂 层部 分脱 落 ，从 而 加 快钻 杆 的有 氧腐 蚀 并 导致钻 杆 内裂纹 的产生 ，由此 形成钻杆本 体刺漏现象 。 ３ ） 钻杆 受 交 变应 力 作 用 在 钻进 过 程 中 ，当钻 杆 钻遇 狗 腿
４ Ｆｅ＋ ６ Ｈ２ Ｏ＋３ ０２ —４ Ｆｅ （ ＯＨ ） ３ Ｆｅ — Ｆｅ ＋２ ｅ — Ｏ２ ＋ ２ Ｈ２ Ｏ＋ ４ ｅ－ － － ＊ ４ ＯＨ
上 述 过程 导致 钻杆 中 的铁质不 断 被氧 化 ，加之循 环 系统 中的钻井 液不 断 冲刷钻 杆表 面 以及钻杆 在井
壁 内的振 动 ，使 钻 杆表 面 的腐 蚀产 物 逐渐脱 落 ，从 而形 成很 大 的腐蚀 坑 。腐蚀 坑造 成钻杆 表 面金属 的不 连 续 ，上 述部位 是 容易产 生应 力集 中的位 置 。因此 ，较 小 的交 变 应力 即可 在腐蚀 坑 周边形 成较 高 的应力
造 斜 的井段 ，井 深从 ６ ｌ ９ ～６ ７ ７ ｍ，井 斜 角 在 ８ ． ５ ３ ～１ ３ ． ２ ７ 。 刺 口位 于钻 杆 加 厚 过 渡带 的本 体 上 ， 与 公
扣 的距 离平 均为 ０ ． ５ ５ ｍ，刺 口直径 约 为 １ ． ５ ｃ ｍ 。下 面 ，笔 者 对该 井 钻 杆 本体 刺 漏 失效 原 因进 行分 析 并 提 出相应 对 策 ，以便 为处理 类 似钻具 失 效 问题 提 供借鉴 。
日常养 护 。
３ ） 由于 引起 钻杆本 体刺 漏 的原 因很多 ，对 于各 个 不 同 的井 ，应 根据 实 际情 况查 找 原 因并制 定 相 应 的对 策 。 ［ 参 考文 献］