油田鉆具失效原因分析及控制措施研究

朱天勝

摘 要：鉆具屬于鉆柱的組成部分之一，它的功能十分重要，其它部位不可替代，科學合理的鉆具組合設計可以為油田鉆井過程中提供良好的傳輸動力，規范使用鉆具可以讓鉆井工作的效率大幅度提高，可以在保證質量的前提下盡快完工，以減少鉆井成本。鉆具的維護保養也需要科學認真，這樣可以有效降低鉆具失效機率，增加鉆具的使用年限。

關鍵詞：油田鉆井;鉆具;失效分析;控制措施

1 鉆具失效的主要類型

1.1 鉆具斷裂

1.1.1 疲勞斷裂

鉆具疲勞斷裂的主要原因是因為其螺紋發生斷裂，這是因為螺紋和鉆具相比，它的剛度較小，在應力的影響下，螺紋截面有一部分的應力較為集中，這也是實效最多之處，也就在螺紋的最后幾扣。

1.1.2 過載斷裂

過載斷裂的主要原因是因為在鉆井過程中遇到阻礙或者憋鉆現象，這是施工人員采取強拉、強扭、強壓的處理方式，這是作用力超過鉆桿的承受極限，導致在鉆桿的摩擦對焊處發生斷裂。鉆桿焊接之處截面變化，這里很容易受到泥漿的腐蝕，并且在焊接過程中，熱處理不當會導致焊接處的強度下降，在負荷力較大時，此處的應力十分集中，以致于發生斷裂。

1.1.3 低應力脆斷

鉆具進行油田鉆井是一個長時間的過程，它會受到反復的荷載力，雖然在此過程中鉆具承受的應力并沒有達到其很能承受的極限，但是鉆具的材質或者施工工藝沒有按照標準完成，這樣也會導致鉆具發生脆斷。

1.1.4 氫脆斷裂

油田井中含有大量的硫化氫物質，鉆具就是在這樣的環境下施工。因為鉆具的原材料是鋼材，它會與氫原子發生反應，在應力作用下，會發生氫脆斷裂現象，不同鋼材在硫化氫環境中的表現也有著不同。

1.2 鉆具表面損傷

1.2.1 表面腐蝕

縫隙腐蝕、均勻腐蝕均屬于表面腐蝕的一種，在發生卡鉆現象，通過使用泡酸實現解卡，導致出現酸腐蝕或者鉆具受到鉆井液腐蝕等都屬于表面腐蝕的表現。

1.2.2 表面磨損

表面磨損主要發生的部位在鉆具螺紋之上，螺紋上扣之時，需要通過旋合才能完成，這時就會發生磨損，或者是施工過程中，鉆桿和井壁之間的磨損都屬于表面磨損。

1.2.3 表面機械損傷

鉆具因施工過程中發生碰傷或者是大鉗、卡瓦被咬傷等都屬于機械損傷，在進行鉆具焊接或火燒之時，有可能導致鉆的性能發生一定的變化，這也屬于機械損傷。

2 鉆具失效原因分析

2.1 鉆具本體應力累積

油田鉆井是一個長時間的過程，鉆柱會受到重復應力循環，長時間的累計導致出現永久性的損傷，鉆柱屈曲或者旋轉都會導致出現應力循環現象，當鉆柱處于交變應力時，鉆柱應力集中之處會出現累積疲勞損傷，導致產生疲勞裂紋，當交變應力持續時間過長，裂紋會逐漸擴大，直接導致鉆柱發生失效。

2.2 鉆具螺紋上扣扭矩探討

鉆桿螺紋上扣旋合需要合理，扭矩合理上緊，這樣可以減少螺紋及接頭的損壞。根據鉆井手冊上的相關規定，扭矩上緊的程度不能小于推薦值的90%，不然會因為連接不緊而導致螺紋紋面磨損，而且還會因為載荷力的作用，扭矩自動上緊而讓其上緊扭矩的程度超過規定值，導致螺紋脹大，并且螺紋還會承受附加曲力。

2.3 淺層全角變化率

油田鉆井過程中，鉆柱所受到的力主要有彎曲力、軸向力、震動力、擠壓力、擺振力以及離心力等。

3 預防鉆具失效的措施探討

3.1 嚴格執行鉆具使用規定

①螺紋上扣旋合嚴格按照規定;大鉗、雙鉗咬住之處需要按照規定，并且不能僅使用單吊鉗緊扣和卸扣，這樣可以減少因為鉆桿打滑導致的表面損傷;②起下鉆時，需要仔細做好檢查，保證管體沒有刺漏;③鉆具使用時間過長，需要通過錯位起鉆防止鉆具螺紋磨損嚴重;④甩鉆具時，需要做好養護工作，用淡水清洗;⑤需要對返回的鉆具進行檢查，并且進行檢修，檢修過程中認真記錄下數據，并存入檔案

3.2 優化鉆井軌跡

在正式進行鉆井施工之前，施工人員需要根據設計完成的軌跡進行受力模擬，這樣就可以發生鉆具側向力較為集中之處，這樣就可以根據此及時進行調整此處的全角變化率，讓受力的分布不在過于集中，這樣就可以有效的降低因為側向摩擦導致鉆具出現損壞的機率，進而增加鉆井的效率。

3.3 強化鉆井參數監控

進行油田鉆井施工，需要施工人員對鉆井上方和井下進行監控，通過這樣的方式可以對鉆具的運行進行把控。當轉速達到臨界值，會發生鉆柱共振現象，導致鉆桿彎曲磨損。當轉速在臨界值之內，這時鉆柱振動加劇，但是這樣可以通過改變轉速和鉆壓減小鉆柱振動的程度。

4 結語

通過對實際的油氣田鉆井進行分析，研究鉆具刺漏發生的主要原因，發現導致該事故發生的原因十分的復雜，多種多樣，有可能是鉆具質量問題，也有可能是受力或者是摩擦等原因，它們相互影響。但是只要可以仔細認真的做好對每一個細節的把控，將鉆具的所有薄弱之處找出，并及時給出應對措施，這樣就能夠有效的減少鉆具刺漏失效的發生，進而增加鉆井的效率，保證鉆井作業的安全。

參考文獻：

[1]馬德新，劉軍波，等.長井段大尺寸井眼鉆具疲勞失效分析模型建立與應用[J].中國海上油氣，2017，29（3）：67-72.