钻杆防磨技术的现状和发展

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钻杆防磨技术的现状和发展
韩秀明 $ 樊建春
" 中国石油大学 机电工程学院 $ 北京 & # " ! ! ’ %
摘要 ! 在深井超深井勘探过程中 $ 由于径向力 & 涡动 & 横向振动等因 素 的 存 在 $ 随着钻井时间的增长$ 钻柱作用于套
管内壁的侧向力增大 $ 导致套管磨损的问题越来越 严 重 % 介 绍 了 近 年 来 钻 杆 防 磨 技 术 的 发 展 $ 主要从钻杆接头表 面处理和钻杆保护器 ! 方面来研究防磨减磨措施的现状和发展 %
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关键词 !深井 ’ 套管磨损 ’ 保护器 ’ 钻杆接头 中图分类号 ! 7 8 % ! &! " !!!! 文献标识码 ! 9
O % 0 % 9 1 5 $# % 5 $ , ) ( ) % 9 0 ; 1 % 0E 0 %) ,& 1 3 ( (2 3 % )2 1 ) % 5 -S % 9 1 4 6F *
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! " " # $ " * $ + & !! 收稿日期 ! 基金项目 ! 国家自然科学基金资助项目 " # ( " ’ * ( " + *
作者简介 ! 韩秀明 " # $ 女 $辽宁朝阳人 $ 在读硕士研究生 $ 主要从事钻井液成分对套管磨损影响机理的研究 % & % , " $ 万方数据
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随着我国油田开 发 的 进 展 $ 井 深 为 ’" " "M 以 上的深井 & 超深井大量出现 % 由于施工周期长 & 井眼 深& 井身结构复杂 的 原 因 $ 深 井& 超深井套管磨损严 重 % 近年来 部 分 重 点 深 探 井 套 管 磨 损 事 故 情 况 复 杂$ 平均每口井损失 ’ +H 时间 % 胜利 油 田 施工 的 深
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$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ 阶段 ! 减少技术套管 磨 损 和 破 裂 后 的 处 理 问 题 是 当 前亟待解决的难题 " 引起套管磨损的因素很多 ! 例如钻具组合 # 泥浆 成分 # 套管和钻杆材料等 " 经前人的研究总结 ! 得出 上层套管在固井时 不 居 中 等 因 素 导 致 钻 柱 不 居 中 ! 使钻杆接头在钻井施工中与套管内壁相互摩擦是造 成套管磨损的主要原因 " 虽然钻杆接头和钻杆本体 都对套管有磨损作 用 ! 但钻杆接头对套管的磨损影 响最大 " 因为 钻 杆 接 头 的 直 径 比 钻 杆 本 体 大 ! "b 很 容 易 与 套 管 内 壁 接 触 磨 损 套 管"当 接 触 "b ! !+ 力增大 ! 使钻杆和套 管 之 间 的 钻 井 液 润 滑 膜 的 润 滑 作用降低 $ 当接触力足够大时 ! 润滑膜的润滑作用完 全消失 ! 钻杆接头和 套 管 内 壁 直 接 接 触 产 生 了 干 摩 擦 " 因此 ! 在钻柱钻进时 ! 钻杆接头如同一个砂轮在 磨铣与其接触的套管壁 $ 在起下钻时 ! 钻杆接头又如 同一个锯齿切削与其接触的套管壁 ! 侧向力越大 ! 磨 不仅加速套管的磨损 ! 并 损越严重 " 在这种情况下 ! 且可导致钻杆接头纵向磨损 " 可见如何降低钻杆与 套管之间的摩擦接触或摩擦因数是防磨的核心和关 键 " 因此 ! 本文着重 论 述 与 钻 杆 配 套 使 用 的 防 磨 措 施" 钻杆接头耐磨 减轻钻 柱 扭 矩 " 在 ! "世纪+ " 年 代! 带技术得到了广泛 使 用 ! 其实质是在钻杆公接头或 母接头上敷焊一层硬质合金材料将钻杆接头本体与 套管壁或井壁隔离 ! 避免钻杆与套管壁或井壁直接 接触 " 最初使用的硬质合金虽然对钻杆接头有很好 的保护作用 ! 但对套管壁磨损严 重 "& % % !年! 9f > $ 敷焊 P B 公 司 推 出 新 耐 磨 带 材 料 9f > P B ! " " C 7! 9f > P B ! " " C 7 的钻杆不仅降低了钻 杆 接 头 本 身 的 磨损 ! 还有效地 降 低 了 套 管 的 磨 损 " 这 种 焊 丝 是 一 种低摩擦因数的碳 化 铬 铁 合 金 材 料 ! 该化合物具有 较小的金属和金属 之 间 的 磨 损 率 ! 适度偏高的耐磨 性能 "9f > P B ! " " C 7 与碳化钨耐 磨 带 相 比 可 使 套 管磨损率下降 * (b !, (b " 既 能 有 效 地 保 护 套 管 ! 又能延长钻杆接 头 的 使 用 寿 命 " 另 外 ! 碳化钨耐磨 带为了防止其过度地磨损套管 ! 焊接要求高 ! 而敷焊 9f > P B ! " " C 7 耐磨带后的钻杆接头 外 圆 直 径 大 于 避免了接头与井壁或套管直接摩擦 ! 且不 接头外圆 ! 必经过特殊热处理 ! 就能够在原来的耐磨带上敷焊 新的 9 能方便修复磨损的耐 Q > P B ! " " C 7 耐 磨 带! 磨带 " 使用 9f > P B ! " " C 7 耐磨带的钻杆与井壁或 套管摩擦因数降 低 ’ ! 大大减小了阻力和扭 "b ( *+
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H! 防磨带
同时降低了转盘的能耗 " 迄今为止 ! 该技术已经 矩! 在世界各地得到了应用 ! 在深探井 # 特殊井技术套管 防磨方面起到了很好的作用 " 随后 ! 又 开 发 出 9f > P B & " " C 7 钻杆接头耐磨 带材 料 ! 9f P B & " " C 7 是 对 9f > P ! " " C 7 的 改 进" 因为 9f > P B ! " " C 7 在敷 焊 过 程 中 易 产 生 微 裂 纹 ! 虽然在使用过程中 没 有 影 响 ! 但重新敷焊时则要将 有裂纹的部分 全 部 铲 掉 " 而 改 进 的 & " " C 7 耐磨带 不仅对套管磨损降为最低 ! 而且在裸眼井中 ! 它的耐 磨性与碳化钨相当 ! 提高 钻 杆 接 头 寿 命 + 同时 " "b $ 保护套管与钻杆接 头 ! 并可在原先残存的碳化钨耐 磨带 上 继 续 加 焊 & 可 用 于 新# 旧不同尺寸的 " " C 7$ 各种 钻 杆 工 具 " 在 美 国 权 威 机 构 ]9Tf 8 8 >? : $ > 8 8 6 8 9 $ ’ ! 套管 磨 损 研 究 中 证 明 ! 9f > P B 耐磨 带技术既可以用于保护钻杆接头 ! 延长其寿命 ! 也能 保护套管 ! 减小磨损 " 实践证明 ! 以尽量减少套管磨损为主 ! 允许钻杆 接头耐磨带适度磨损的材料设计原理是科学的 " 工 程技术服务公司专门对安科耐磨带材料的耐磨性能 和对套管的保护性能作了专门的实验研究 " 根据塔 里木探区泥浆体系 的 特 点 ! 选用+种不同的介质进 行试验 " 试验结果 证 明 ! 安科耐磨材料对钻杆和套 管都具有良好的保护作用 "
" " *年 第+ # 卷 !!!!!!!!! !!!!! 石 油 矿 场 机 械 !! " # ! * 页 !!!!!!!!!!!!/ @ A!B @ C A &!C E @ 2FC G #!!!!!!!!!!!!! " " *$ + # + & *!! !! !第+期 第& D
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?! 防磨措施的研究意义及磨损机理
降低 $ 容易造成套 管 挤 毁 $ 使 钻 井 或 局 部 井 段 报 废% 偏磨后的套管在抗挤强度降低的同时其抗内压强度 也随之降低 $ 影响后续的钻井 & 完井及开采作业质量 和安全性 ’ 重则造 成 套 管 柱 挤 毁 & 变 形 及 泄 漏$ 引发 井下事故 $ 有时甚至造成全井报废 $ 这不仅造成重大 经济损失 $ 而且给加 深 钻 井 造 成 困 难 或 钻 不 到 设 计 深度 % 目前 $ 我国 深 探 井 钻 井 技 术 已 进 入 规 模 应 用