鉆具穩(wěn)定器的失效分析及應(yīng)對措施

肖麗

摘 要：隨著我國工業(yè)發(fā)展進(jìn)程的不斷加快，油田鉆井工作也正以高效、節(jié)能的方向快速發(fā)展。現(xiàn)代化的鉆井工具能夠?qū)崿F(xiàn)快速的鉆井，節(jié)約鉆井時間，能夠為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益和企業(yè)信譽(yù)。然而，鉆井的單一鉆頭不能夠獨立完成鉆井工作，需要在實際工作時采用穩(wěn)定器來協(xié)助完成鉆井工作，如何做好鉆具穩(wěn)定器的正常工作就成為鉆井作業(yè)中的重要因素之一。該文研究者結(jié)合油田鉆具穩(wěn)定器的工作性能和設(shè)計，簡單闡述鉆具穩(wěn)定器在工作中實效的具體原因，并針對原因提出有效的應(yīng)對措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：鉆井 穩(wěn)定器 失效分析

中圖分類號：TE927 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（b）-0099-01

一般鉆井工作中的鉆具都要深入到千米以下的井下進(jìn)行作業(yè)，這其中就避免不了井下鉆頭受壓力、溫度及空氣等多方面的影響，在多種影響因素下，鉆具的長時間工作很容易因疲勞、燒傷、腐蝕情況而斷裂，不能確保鉆具持續(xù)穩(wěn)定的工作，再加上惡劣的井下環(huán)境對不良制造工藝、不良材質(zhì)鉆具的影響，更加容易導(dǎo)致鉆具無法正常工作，此時就需要借助鉆具穩(wěn)定器，然而，鉆具穩(wěn)定器的現(xiàn)場應(yīng)用也會出現(xiàn)失效的現(xiàn)象，文章則重點介紹其原因和應(yīng)對辦法，以此來解決穩(wěn)定器失效給鉆井工作帶來的困擾。

1 鉆具穩(wěn)定器的失效原因分析

1.1 鉆具穩(wěn)定器非正常周期內(nèi)失效

鉆具穩(wěn)定器在非正常周期內(nèi)的失效大多數(shù)是人為因素造成的。在正常的鉆具穩(wěn)定器使用過程中，很多人為因素都會導(dǎo)致鉆具穩(wěn)定器功能的失效，這主要是由于在穩(wěn)定器的設(shè)計過程中，對穩(wěn)定加厚區(qū)的設(shè)計存在缺陷，在選材和制作上也存在質(zhì)量問題。另外，在鉆具穩(wěn)定器的管理和使用中，很多原因也是因為其存放管理不合理，導(dǎo)致鉆具穩(wěn)定器的腐蝕，在使用設(shè)備前不檢查設(shè)備的缺陷型和上扣穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致在鉆具穩(wěn)定器工作時出現(xiàn)傷痕或密封脂使用不當(dāng)?shù)那闆r。

1.2 鉆具穩(wěn)定器的螺旋主體由于磨損而失效

鉆具穩(wěn)定器的螺旋主體外表主貼井壁，在正常工作時才會出現(xiàn)相對運動，而井壁的堅硬對鉆具的磨損也破壞穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)，造成穩(wěn)定器的外壁由厚減薄，不能夠受到正常力度的受載能力，再加上穩(wěn)定器表面會因為工作出現(xiàn)劃痕，以此狀況下去會出現(xiàn)失效的表現(xiàn)，控制設(shè)備功能就會被削弱。因此，穩(wěn)定器的耐磨性也應(yīng)有其表面鑲嵌的合金方法來最左，當(dāng)硬質(zhì)材料的合金由于磨損脫落時，其硬質(zhì)合金碎片不但會造成鉆井進(jìn)程速度的放緩，也增加了工作環(huán)境的惡化程度。

1.3 鉆具穩(wěn)定器螺紋的失效

鉆具穩(wěn)定器在工作旋轉(zhuǎn)時不會均勻旋轉(zhuǎn)的，特別是在剛剛啟動時會突然加速，穩(wěn)定器和井壁在摩擦?xí)r會有公扣和母扣的交互作用，快速的旋轉(zhuǎn)就會讓穩(wěn)定器的接觸部分短時間內(nèi)產(chǎn)生高溫，高溫密封脂會從螺紋間隙溢出，這對穩(wěn)定器來說會產(chǎn)生螺牙倒扣，從而導(dǎo)致穩(wěn)定器的失效。另外，在鉆具穩(wěn)定器在一個較高的轉(zhuǎn)速下工作時，強(qiáng)制性的使用公扣進(jìn)入母口就會導(dǎo)致母口脹開或黏合住，造成穩(wěn)定器的失效，這種從上緊井下而產(chǎn)生的高扭矩會因脹扣而失效。最后一種情況就是在井下的深入慢慢增加，溫度不斷階梯式的降低，而在井下深度為3 000 m時，井下的溫度會達(dá)到100度，這樣的高溫下，很多腐蝕性的氣體就會更加腐蝕鉆具和穩(wěn)定器，更為嚴(yán)重的是穩(wěn)定器和井壁高速摩擦所產(chǎn)生的熱量如果不能得到很好的傳遞，穩(wěn)定器外表溫度可達(dá)到馬氏體相變溫度以上，這將嚴(yán)重影響材料的金相組織和物理特性。物理化學(xué)的綜合影響也是造成穩(wěn)定器失效的重要原因之一。

2 鉆具穩(wěn)定器失效的應(yīng)對措施

2.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計

穩(wěn)定器主體的結(jié)構(gòu)在這里不作討論，這里主要改善穩(wěn)定連接螺絲的結(jié)構(gòu)。①降低公扣前幾個螺牙的牙高，這樣可以降低螺紋軸向應(yīng)力和周向應(yīng)力；②在公扣前幾個螺牙的非承載面，一邊切削掉部分材料使之更易彈性變形減小載荷，但這并不會改變螺紋的互換性；③改變螺紋錐度，因為不論是周向載荷還是軸向載荷，螺紋第一扣所承擔(dān)的載荷相對于錐度有一個最小值，所以選用最優(yōu)的螺紋錐度也是降低載荷可行措施。

2.2 改進(jìn)鉆具穩(wěn)定器的材質(zhì)

針對上述穩(wěn)定器的失效主要原因，就應(yīng)從鉆具穩(wěn)定器的材質(zhì)入手。穩(wěn)定器的外觀是決定穩(wěn)定壽命最重要的因素，因此提高耐磨度非常重要。通常采用在穩(wěn)定器鎳基合金中加入適量的WC。這樣穩(wěn)定器在耐磨性和抗腐蝕能力方面會得到很大程度的提高。需要注意的是要嚴(yán)格控制WC的量，WC過少達(dá)不到預(yù)定的效果，WC過多鑲嵌性不好易脫落。

2.3 采取合理的方法改善穩(wěn)定器的工作環(huán)境

將鉆井液的pH值保持在10或10以上可以有效防止氧溶解于鉆井液，是預(yù)防腐蝕疲勞的主要措施，同時加入除硫劑，盡量消除鉆井液中H2S，避免硫化氫應(yīng)力腐蝕。另外要減少鉆井液中顆粒濃度，這個值最好控制在0.5%以下，以減少穩(wěn)定器受到的磨損。

2.4 加強(qiáng)對穩(wěn)定器設(shè)備的管理

對于鉆具穩(wěn)定器的日常管理具體可從以下幾點入手。

（1）加強(qiáng)供貨管理，不用不合格的產(chǎn)品，不用質(zhì)量不高的產(chǎn)品。

（2）存放得當(dāng)，不引起無所謂的腐蝕，避免腐蝕失效。

（3）加強(qiáng)下井前的檢驗，避免質(zhì)量低劣和失效的穩(wěn)定器下井。

（4）合理的使用穩(wěn)定器及采用高性能的密封脂。但穩(wěn)定器的失效并不是某種因素單一作用的結(jié)果，而是幾種因素的綜合表現(xiàn)。因此在生產(chǎn)、運輸及使用中要系統(tǒng)考慮，保證每一個環(huán)節(jié)、每一個過程，那么就能最大程度的降低穩(wěn)定器的失效率。

2.5 不斷創(chuàng)新優(yōu)化生產(chǎn)工藝

對于鉆具穩(wěn)定器應(yīng)不斷創(chuàng)新強(qiáng)化外表，提高穩(wěn)定器的耐磨性，螺紋滾化強(qiáng)化螺紋表面可以提高螺紋壽命，提高螺紋抗變形能力同時時會減少毛刺。生產(chǎn)穩(wěn)定器本體時采用燒結(jié)工藝，鑄造WC易形成裂紋，同時祼露的WC易崩碎。生產(chǎn)螺紋時用車床加工螺紋比精密銑床所滾銑的螺紋更好，在接頭處加工應(yīng)力減輕槽可使用應(yīng)力分布均勻。

3 結(jié)語

綜上所述，鉆具穩(wěn)定器的失效對于鉆井工作效率是一種極大的降低，對企業(yè)的生產(chǎn)效益來說也是一種很大的影響，對于鉆具穩(wěn)定器的發(fā)展還應(yīng)以增加其性能，改善優(yōu)化其生產(chǎn)工藝為主，只有這樣才能夠提高穩(wěn)定器的使用壽命，此外，對于鉆具穩(wěn)定器的現(xiàn)場使用過程中，應(yīng)做好提前檢查準(zhǔn)備，當(dāng)使用過后應(yīng)注重后期穩(wěn)定器的管理，避免不必要的損失和對使用的影響。在實際工作中，應(yīng)以鉆具穩(wěn)定器的使用規(guī)則為己任，不斷的加強(qiáng)井下作業(yè)生產(chǎn)管理和對設(shè)備的管理，只有這樣才能夠提高工作效率，減少設(shè)備的損耗，為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。

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