钻杆、套管磨损分析与防磨措施研究

钻杆、套管磨损分析与防磨措施研究

在下入技术套管的深井、大位移井钻井过程中，由于钻井时间长，钻具运动复杂，使套管和钻柱的摩擦与磨损问题越来越突出。本文根据套管磨损机理，通过对钻井过程中产生的套管磨损现象和常用的套管磨损防护措施的调研，对防磨措施进行了对比分析，提出了“多种防磨措施优选配合使用”的理论。使钻井过程中对套管防磨措施的选取有了一定的参考依据，从而有效地解决钻井过程中套管的磨损问题。

标签：钻杆；套管磨损；防磨措施

1 技术背景

在下入技术套管的深井及大位移井钻井过程中，由于钻井时间长，钻具运动复杂，使套管和钻柱的摩擦与磨损问题越来越突出。有效地解决钻井过程中套管的磨损问题，已经成为钻井中不可忽视的一项工作。

2 防磨技术简介

2.1 套管防磨减扭机理

2.1.1 钻杆与套管之间磨损模型

取钻柱与套管作用的一个截面作为研究对象，套管磨损截面可以看成是两圆相交所形成的公共部分，内层最小圆为钻柱接头外圆，中间圆为套管内壁，最大圆为套管外圆。套管内壁与钻柱接头相交的部分为套管的几何磨损面积。

2.1.2 磨损效率的选取

磨损效率主要根据试验获得，由于各种钻井现场生产条件的复杂化，利用模拟试验得到的磨损效率计算的套管磨损与实际情况仍然有较大偏差。随着井深的变化，套管与钻杆的摩擦工况也变得更为恶劣，主要体现在钻井液的温度和压力增大，同时钻柱运动状况和受力更为复杂。

2.1.3 对比结果与分析

高946井是胜利油田的一口重点探井。应用所建模型对其244.5 mm技术套管进行了磨损分析，套管钢级为P110；钻杆外径为127 mm，内径为108.6 mm，钻杆接头外径为161.9 m m。为了讨论不同因素对套管磨损的影响，在保持其他2种因素不变的情况下，改变其中1种因素，得到各因素對套管磨损厚度影响。

①随着钻杆转速的升高，套管的磨损厚度逐渐变大；

②随着钻杆拉力的增大，套管的磨损厚度逐渐变大；

③随着钻进时间的增大，套管的磨损厚度逐渐增大。

2.2 防磨技术研究

2.2.1 耐磨带

用特殊的工艺措施，通过对钻杆接头表面进行化学处理，使其表面的材料具有很好的耐磨性，并使钻杆接头与套管接触时，其摩擦副的摩擦系数减小，这样在减小套管磨损的同时也可以有效地保护钻杆。

2.2.2 分体式非旋转保护器

利用特殊的材料（橡胶护箍、钻杆保护器）固定在钻杆上，减小或避免套管与工具接头直接接触的机会，减小套管与接触材料的摩擦系数，从而达到减少套管磨损。

2.2.3 防磨接头

利用特殊的接头连接在钻杆上，钻杆旋转时减小或避免套管与钻杆接头接触的机会，将钻杆接头与套管的相对运动变为钻杆与减磨接头套筒的相对运动，从而达到减少套管磨损的效果。

2.2.4 新防磨技术的提出

通过研究对比了耐磨带技术，分体式非旋转保护器，防磨接头和钻进工艺措施的优点和缺点以及综合应用评价情况。发现以上所研究的各种防磨措施都存在着各自的优点和缺点，故根据取长补短的原理提出“多种防磨措施优选配合使用”的新的套管防磨技术。

在下入技术套管的深井、超深井的钻进过程中，这种新防磨技术包括以下几点：

①使用敷焊有耐磨带的钻杆；

②优选出合理的井段安放防磨接头；

③根据需要配合分体式非旋转保护器的使用；

④选择好防斜钻进技术措施，控制好钻进参数。

3 实际应用情况

在梁758井、高946井和高948井中使用了“多种防磨措施优选配合使用”的新的套管防磨技术，取得了良好的效果。

①在钻进过程中转盘扭矩有明显的减少；

②减小了三开钻进对技术套管的磨损，延长了套管的使用寿命；

③减少了防磨接头的使用，节约了钻井成本。

4 推广前景

综上所述，本文提出的“多种防磨措施优选配合使用”的新型防磨技术拥有以下优点：

①减磨效果显著；

②使用可靠；

③井下事故率低；

④使用寿命较长；

⑤不受环境限制；

⑥使用成本较低。

随着钻井向着深井超深井不断地发展，套管磨损的问题必然会越来也突出，因此，大力的推广这种“多种防磨措施优选配合使用”的新型防磨技术对于解决深井和超深井面临的严峻的套管磨损问题有着重大的意义。

参考文献：

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[2]许俊良.国内外套管防磨技术与发展现状[J].石油工程技术，2005（3）.

[3]谢桂芳，吴中华.套管磨损分析及其防磨对策[J].石油矿场机械，2007（8）.

[4]董小均，杨作峰，何文涛.套管磨损研究进展[J].石油矿场机械，2008（4）.