講座-鉆具使用、管理、失效與預(yù)防

鉆具的管理、使用、失效及預(yù)防第一頁，共75頁。第一頁，共75頁。

目錄

一、鉆具的管理二、鉆具的使用三、鉆具的失效及預(yù)防四、鉆具新技術(shù)第二頁，共75頁。第二頁，共75頁。1、鉆具配套原則新鉆具首先配發(fā)給70型的鉆機(jī)使用，使用2-3年后配發(fā)給50型鉆機(jī)使用，繼續(xù)使用2－3年后再配發(fā)給40－30型鉆機(jī)使用。2、按鉆具使用總進(jìn)尺淘汰根據(jù)在用鉆具所服役的總進(jìn)尺達(dá)到8萬米左右后進(jìn)行全面檢測(cè)，陸續(xù)淘汰存在問題的鉆具，達(dá)到12萬米左右后，就計(jì)劃淘汰該套鉆具。第三頁，共75頁。第三頁，共75頁。3、采用合理的鉆具管理制度1）鉆具實(shí)行成套定隊(duì)管理和分級(jí)成套管理a、成套定隊(duì)管理根據(jù)鉆井隊(duì)鉆機(jī)設(shè)計(jì)鉆深能力和配套標(biāo)準(zhǔn)配一套新鉆桿固定該隊(duì)使用，鉆具在使用過程中檢修、修復(fù)、倒運(yùn)、轉(zhuǎn)運(yùn)等均需保持該套鉆具的穩(wěn)定，不得打亂。這種管理制度規(guī)定對(duì)不僅便于對(duì)鉆桿進(jìn)行維護(hù)和管理，顯著降低鉆桿事故，而且對(duì)鉆井隊(duì)愛護(hù)鉆具有一定的促進(jìn)作用。b、分級(jí)成套管理按鉆桿質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鉆具分級(jí)并按鉆機(jī)的鉆深能力配備一套一定級(jí)別的鉆具，鉆井隊(duì)成套使用，凡需倒修、更換、增補(bǔ)的鉆具要與原成套鉆桿的級(jí)別一致。不同級(jí)別的鉆桿用于不同的井深，一級(jí)鉆桿用于深井，二級(jí)鉆桿用于中深井，三級(jí)鉆桿用于淺井或修井，做到物盡其用。采用合理的鉆具管理制度是加強(qiáng)鉆具管理，延長(zhǎng)鉆具使用壽命的有效措施。第四頁，共75頁。第四頁，共75頁。1）、在鉆機(jī)提升能力及井眼條件滿足的情況下，宜選擇大尺寸鉆具。

2）、在鉆具的抗拉強(qiáng)度滿足安全的前提下，鉆具設(shè)計(jì)應(yīng)遵循經(jīng)濟(jì)性原則。

3）、原則上采用同一鋼級(jí)鉆桿，不同井深鉆桿鋼級(jí)選用見表。

表2不同井深鉆桿鋼級(jí)選用推薦表完井井深（m）鉆桿鋼級(jí)≤2500E或G2500～4500G或(G+S)≥4500S或(G+S)2、鉆具組合設(shè)計(jì)原則

第五頁，共75頁。第五頁，共75頁。

4）、含硫化氫油氣井原則上設(shè)計(jì)抗硫鉆具。

5）、大斜度井、大位移井、水平井等特殊工藝井和深井、超深井，宜設(shè)計(jì)高級(jí)別鉆具或高抗扭鉆具。

6）、下部鉆具組合的強(qiáng)度、剛性應(yīng)滿足鉆井施工、井眼條件的要求，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮：（1）彎曲強(qiáng)度比（BSR）：內(nèi)螺紋截面模量與外螺紋截面模量之比。鉆鋌、轉(zhuǎn)換接頭、穩(wěn)定器、螺桿等鉆具抗彎曲強(qiáng)度比宜符合表的規(guī)定。推薦彎曲強(qiáng)度比（BSR）范圍鉆鋌外徑mmBSR≤152.41.8～2.5152.4-200.02.25～2.75≥203.22.5～3.2第六頁，共75頁。第六頁，共75頁。（2）最大剛性比（SR）：剛性較大截面模量與剛性較小截面模量的比值。（3）最大彎曲指數(shù)（CI）：考慮井眼彎曲、管體尺寸、重量、長(zhǎng)度以及軸向拉伸等條件下，在彎曲井段鉆具疲勞的相對(duì)度量。彎曲指數(shù)與疲勞壽命成反比。（4）最大穩(wěn)定性指數(shù)（SI）：在假設(shè)條件下操作的屈曲BHA相對(duì)疲勞抗力的定量度量。

7）、根據(jù)鉆井工藝以及鉆具安全需要，當(dāng)設(shè)計(jì)復(fù)合鉆柱結(jié)構(gòu)時(shí)，相鄰鉆鋌外徑相差不應(yīng)大于25.4mm，與鉆桿（加重鉆桿）相連的鉆鋌外徑應(yīng)與鉆桿（加重鉆桿）接頭外徑接近。

8）、鉆桿的強(qiáng)度校核包含不限于鉆桿抗拉強(qiáng)度、抗擠強(qiáng)度以及抗扭強(qiáng)度的校核。第七頁，共75頁。第七頁，共75頁。

9）、鉆桿最大抗拉強(qiáng)度應(yīng)不超過理論抗拉強(qiáng)度的90%，抗擠強(qiáng)度應(yīng)考慮安全系數(shù)以及新舊鉆桿壁厚的偏差進(jìn)行修正，接頭和管體的抗扭強(qiáng)度比應(yīng)不小于80%。

10）、鉆桿設(shè)計(jì)應(yīng)以鉆桿管體和鉆桿接頭的承載能力（抗拉能力、抗扭能力、復(fù)合載荷能力）最小者為依據(jù)。

11）、鉆具組合設(shè)計(jì)宜使用減震工具。

12）、在含硫化氫、二氧化碳、鹽水等介質(zhì)地層鉆進(jìn)及氣體鉆井工況下，鉆井工程設(shè)計(jì)應(yīng)有鉆具保護(hù)措施。第八頁，共75頁。第八頁，共75頁。

3、分級(jí)使用原則1）、鉆具服務(wù)單位鉆具管理應(yīng)遵循分級(jí)管理，分級(jí)使用的原則。2）、完井井深≤2500m且井斜角＜30°的井，宜選擇使用三級(jí)鉆桿。3）、完井井深＜4500m且井斜角＜30°的井，宜選擇二級(jí)鉆桿。4）、完井井深≥4500m的井，應(yīng)選擇一級(jí)及以上鉆桿。第九頁，共75頁。第九頁，共75頁。二、鉆具現(xiàn)場(chǎng)使用1、鉆具服務(wù)單位應(yīng)根據(jù)鉆井工程設(shè)計(jì)和鉆具使用方要求提供鉆具。2、鉆具到井后，鉆井隊(duì)技術(shù)人員應(yīng)檢查核對(duì)鉆具規(guī)格、數(shù)量、鋼級(jí)、螺紋，記錄每根鉆具的長(zhǎng)度、內(nèi)外徑（特殊工具須繪制草圖）、水眼，并按入井順序編號(hào)。3、鉆具不應(yīng)挪作它用（放噴管線、墊杠等），不應(yīng)在鉆具上焊接標(biāo)記和物件；不應(yīng)隨意切割、加工和毀損鉆具。4、不合格鉆具應(yīng)明確標(biāo)識(shí)、單獨(dú)存放并登記。第十頁，共75頁。第十頁，共75頁。5、應(yīng)選用與鉆具尺寸相匹配的井口工具。不應(yīng)在鉆桿中使用濾清器。6、應(yīng)清洗干凈鉆具螺紋，配戴護(hù)絲；鉆具上下鉆臺(tái)輕吊輕放，防止碰壞螺紋及臺(tái)肩面；在鼠洞接單根應(yīng)扣吊卡；上扣應(yīng)保證鉆具螺紋清潔，均勻涂敷鉆具螺紋脂。7、鉆具新螺紋應(yīng)磨扣2次，不應(yīng)使用液氣大鉗或旋扣器磨扣。鉆鋌磨合3次，每次磨合后應(yīng)清潔螺紋并涂螺紋脂。8、鉆具在上扣之前，其螺紋和臺(tái)肩面應(yīng)均勻涂敷螺紋脂；井底溫度超過100℃，應(yīng)使用抗高溫螺紋脂。第十一頁，共75頁。第十一頁，共75頁。9、螺紋脂要符合SY5198《鉆具螺紋脂》的規(guī)定。螺紋脂要加蓋存放，避免落進(jìn)泥漿等雜物。不應(yīng)向螺紋脂內(nèi)添加稀釋劑。10、鉆具對(duì)扣操作應(yīng)平穩(wěn)，避免碰傷螺紋；緊扣扭矩應(yīng)符合推薦值（見下表）。11、處理卡鉆，實(shí)施泡酸、套銑等特殊作業(yè)，提拉鉆具以及對(duì)鉆具施加扭矩時(shí)，不應(yīng)超過鉆具的抗拉強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度。處理情況應(yīng)在鉆具使用記錄中注明。12、鉆桿、加重鉆桿、鉆鋌在使用過程中應(yīng)錯(cuò)扣起鉆，并定期倒換；鉆具每次倒換數(shù)量應(yīng)不低于全井同規(guī)格鉆具長(zhǎng)度的25%。第十二頁，共75頁。第十二頁，共75頁。13、上、卸扣時(shí)應(yīng)檢查鉆具，及時(shí)更換有缺陷的鉆具。14、鉆進(jìn)過程中發(fā)生嚴(yán)重蹩鉆，起鉆時(shí)應(yīng)對(duì)下部鉆具組合逐根卸扣，以釋放應(yīng)力。15、起鉆時(shí)應(yīng)對(duì)鉆具編號(hào)，檢查鉆具管體、螺紋、接頭及耐磨帶，發(fā)現(xiàn)不能滿足使用技術(shù)要求的立即更換。16、鉆桿盒內(nèi)不應(yīng)鋪設(shè)金屬硬物，應(yīng)平鋪厚木板或膠條。17、因螺紋粘扣需切割處理的，應(yīng)選擇內(nèi)螺紋接頭處作為切割位置。第十三頁，共75頁。第十三頁，共75頁。18、對(duì)經(jīng)歷酸化、注水泥或鹽水鉆井液作業(yè)的鉆具，在作業(yè)結(jié)束后，鉆具使用單位應(yīng)及時(shí)清洗干凈。19、甩鉆具前，應(yīng)卸成單根。轉(zhuǎn)換接頭、穩(wěn)定器、滾子方補(bǔ)芯、內(nèi)防噴工具、打撈工具等應(yīng)從鉆具上卸下。20、甩鉆具應(yīng)配戴護(hù)絲，平穩(wěn)操作，不應(yīng)碰撞。21、甩下的鉆具應(yīng)分類擺放，以內(nèi)螺紋接頭端面為基準(zhǔn)排齊，不應(yīng)亂堆亂碼。核對(duì)鉆具數(shù)量，記錄鉆具的使用和損壞信息。第十四頁，共75頁。第十四頁，共75頁。22、運(yùn)輸1）、鉆具服務(wù)單位負(fù)責(zé)鉆具的裝卸，應(yīng)使用專業(yè)機(jī)具，分類裝卸，操作平穩(wěn)，不應(yīng)碰撞、碾壓。2）、鉆具內(nèi)螺紋端應(yīng)朝向車頭方向。3）、方鉆桿應(yīng)采取防彎曲保護(hù)措施。第十五頁，共75頁。第十五頁，共75頁。加重鉆桿接頭分級(jí)及對(duì)應(yīng)旋接扭矩、液壓大鉗壓力值加重鉆桿規(guī)格內(nèi)徑(mm)螺紋型式推薦旋接扭矩N.m新接頭偏磨8%壁厚

均勻磨損8%壁厚外徑mm扭矩N.M對(duì)應(yīng)液壓值（Mpa)對(duì)應(yīng)檔位外徑mm扭矩N.M對(duì)應(yīng)液壓值（Mpa)對(duì)應(yīng)檔位外徑mm扭矩N.M對(duì)應(yīng)液壓值（Mpa)對(duì)應(yīng)檔位12776.2NC50165.1463987.8低檔161.5399356.18低檔158347605.35低檔偏磨12%壁厚均勻磨損12%壁厚偏磨20%壁厚159.8366715.87

164.4292194.99

156.2288414.9

8950.8NC38新接頭偏磨8%壁厚均勻磨損8%壁厚120.715632

117.912896

115.110555

偏磨12%壁厚均勻磨損12%壁厚偏磨20%壁厚116.511566

112.38296

113.79025

注：1、推薦旋矩計(jì)算是以在全部螺紋和臺(tái)肩上涂滿按重量含40%－60%鋅精細(xì)金屬粉末或含60%的鉛精細(xì)粉末，總含硫量不超過0.3%的螺紋脂為基礎(chǔ)。

2、偏心磨損是設(shè)定完全偏磨在一側(cè)，此時(shí)計(jì)算外徑等于公稱壁厚與最小壁厚及內(nèi)徑之和。第十六頁，共75頁。第十六頁，共75頁。鉆鋌螺紋推薦旋接扭矩及外徑允許磨損量鉆鋌規(guī)格螺紋型式鋌鋌外徑鉆鋌內(nèi)徑最小旋接扭矩N.m

推薦增加10%比例對(duì)應(yīng)液壓值對(duì)應(yīng)檔位均勻磨損最小外徑a限定偏磨量b備注mmmmMpa89NC2688.938.162376860.711.50高檔85.13.8不可降級(jí)使用120NC35120.750.81464316107.33.00低檔113.55.2可降級(jí)使用165NC4616557.23796341759.36.54低檔1526.8不可降級(jí)使用71.43009933108.95.35低檔148.56.6178NC50177.857.25152156673.19.46低檔167.59可降級(jí)使用71.45338658724.69.82低檔165820365/8REG203.271.47185879043.813.50低檔190.39.922975/8REG228.676.2112533123786.319.00低檔224.43.7不可降級(jí)使用注：1、推薦旋矩計(jì)算是以在全部螺紋和臺(tái)肩上涂滿按重量含40%－60%鋅精細(xì)金屬粉末或含60%的鉛精細(xì)粉末，總含硫量不超過0.3%的螺紋脂為基礎(chǔ)。2、推薦正常使用時(shí)比表列值加10%。a:以彎曲強(qiáng)度比下降到2為計(jì)算基礎(chǔ)。b:按偏磨量為公稱壁厚15%計(jì)算。第十七頁，共75頁。第十七頁，共75頁。鉆桿接頭分級(jí)及對(duì)應(yīng)旋接扭矩、液壓大鉗壓力值鉆桿類型新接頭1級(jí)接頭2級(jí)接頭規(guī)格鋼級(jí)接頭螺紋型式外徑mm內(nèi)徑mm旋接扭矩N.m對(duì)應(yīng)液壓大鉗壓力值(Mpa)對(duì)應(yīng)檔級(jí)外徑mm偏磨內(nèi)螺紋接頭最小臺(tái)肩mm旋接扭矩N.m對(duì)應(yīng)液壓大鉗壓力值(Mpa)對(duì)應(yīng)檔級(jí)外徑mm偏磨內(nèi)螺紋接頭最小臺(tái)肩mm旋接扭接N.m對(duì)應(yīng)液壓大鉗壓力值(Mpa)對(duì)應(yīng)檔級(jí)73GNC31104.850.8894614.90高檔1005.2828414.00高檔98.44.4724712.4高檔S111.141.3117472.00低檔103.26.71043217.20高檔101.65.9934715.5高檔89GNC3812761.9150582.64低檔118.36.4133942.36低檔116.75.6119612.14低檔S53.9179753.17低檔122.28.3171022.99低檔119.97.1148562.59低檔127GNC50165.182.6348775.62低檔154.88.7297115.08低檔152.47.5260914.45低檔S168.369.9429846.90低檔160.311.5384806.09低檔157.29.9334145.13低檔139.7G51/2FH184.288.9426436.72低檔170.79.1404526.41低檔169.98.7360115.80低檔S190.576.2590939.91低檔178.613.1524738.90低檔174.611.1449868.41低檔第十八頁，共75頁。第十八頁，共75頁。三、鉆具的失效及預(yù)防第十九頁，共75頁。第十九頁，共75頁。

直井的鉆井技術(shù)，對(duì)于井下的鉆具而言，風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)要小，因?yàn)檫@種井眼中的鉆具受力比較單一，只有一種以鉆具中心為軸心的剪切力，軸向拉應(yīng)力(或壓應(yīng)力)，剪應(yīng)力通過轉(zhuǎn)盤給出的這種力量通過井下鉆具為導(dǎo)體，把這種力量傳送給井底的鉆頭，從而達(dá)到鉆進(jìn)的目的。處于鉆頭附近的底部鉆具受力較復(fù)雜，除了剪應(yīng)力外，還承受著一種上下的交變應(yīng)力。然而隨著井眼軌跡復(fù)雜，如繞障，水平井、大位移井、分支井等，井下鉆具的受力就要比常規(guī)直井的鉆具受力復(fù)雜的多，底部鉆具承受的鉆具軸向垂直剪應(yīng)力會(huì)更復(fù)雜，有時(shí)在狗腿度大、地層硬、送鉆急的幾種不利情況綜合下，會(huì)使底部鉆具承受超負(fù)荷破壞載荷而在其薄弱處斷裂。就目前的大井斜定向井（包括水平井）而言，底部鉆具承受的力有以下幾種：第二十頁，共75頁。第二十頁，共75頁。

1）、軸向的壓力(拉力)：這種力來自鉆井過程鉆具本身的重量和送鉆鉆壓，軸向壓縮不可能使接頭的臺(tái)階面產(chǎn)生分離，且接頭的抗壓能力高于抗拉能力，故在軸向壓縮和扭矩共同作用下，只要作用扭矩低于上扣扭矩，接頭不致產(chǎn)生破壞。但軸向力隨著鉆頭上承受的鉆壓而變化，這種軸向壓力、拉力交替變化對(duì)于處于中和點(diǎn)附近的鉆具破壞最大，從而影響著底部鉆具使用壽命，在定向過程中的滑動(dòng)鉆進(jìn)的時(shí)候，這種力最為突出。2）、以井眼軸心為中心的扭矩：通過鉆具作為力量的導(dǎo)體把井口的動(dòng)力傳送給井底的鉆頭，達(dá)到旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的目的。1、井下鉆具受力分析第二十一頁，共75頁。第二十一頁，共75頁。3）、與鉆具軸心垂直的橫行彎曲力，即橫向剪切力：這種力體現(xiàn)在井眼軌跡變化較大的位置，如增斜井段，這個(gè)位置的鉆具受力除了上述幾種力外這種力較為明顯，也是鉆具疲勞斷裂的主要因素之一。4）、在井下有造斜鉆具組合的情況下，處于彎接頭部位的鉆具承受著特殊的橫行交變應(yīng)力，這種力也是造成彎曲部位鉆具疲勞斷裂的主要因素。第二十二頁，共75頁。第二十二頁，共75頁。1）過量變形：是指在過大載荷作用下，鉆柱接頭的螺紋部分伸長(zhǎng)以及鉆柱本體的彎曲和扭轉(zhuǎn)超過了極限范圍。鉆桿過量變形2、鉆具失效的主要形式鉆桿拉斷第二十三頁，共75頁。第二十三頁，共75頁。2）斷裂：在鉆柱事故中占的比例較大，危害也很嚴(yán)重，主要有以下幾種：過載斷裂，如鉆桿遇卡提升時(shí)焊縫熱影響區(qū)的斷裂、鉆柱體折斷等；低應(yīng)力脆斷，它在整個(gè)鉆柱失效中占相當(dāng)大的比例鉆桿、鉆鋌和轉(zhuǎn)換接頭處均能發(fā)生，如鉆桿焊縫的脆性斷裂鉆挺和轉(zhuǎn)換接頭螺紋部位的脆性斷裂等。其顯著特點(diǎn)是在突然斷裂前沒有宏觀前兆，一般測(cè)量手段查不出來，在不知不覺中造成災(zāi)難性事故，所以低應(yīng)力脆斷是最危險(xiǎn)的斷裂方式之一；應(yīng)力腐蝕斷裂，它是鉆柱失效的常見形式。第二十四頁，共75頁。第二十四頁，共75頁。

如鉆柱在含硫油氣井中工作時(shí)的硫化物應(yīng)力腐蝕斷裂鉆桿接觸某些腐蝕介質(zhì)如鹽酸、氯化物類時(shí)的應(yīng)力腐蝕斷裂等；氫脆斷裂，當(dāng)金屬中存在過多氫時(shí)，在拉應(yīng)力作用下可使材料產(chǎn)生氫脆。實(shí)際上，由硫化氫和鹽酸引起的鉆柱應(yīng)力腐蝕斷裂也是由于氫的作用造成的；疲勞斷裂一般發(fā)生在鉆桿接頭、鉆挺和轉(zhuǎn)換接頭螺紋部位等截面變化區(qū)域或因表面損傷而造成的應(yīng)力集中區(qū)處。由于整個(gè)鉆柱承受復(fù)雜的交變應(yīng)力，有些部位，如螺紋根部、焊縫及劃傷等缺陷處會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中，缺口根部應(yīng)力可高出平均應(yīng)力幾倍或更高，所以缺陷處很快發(fā)生裂紋并擴(kuò)展，直到斷裂。據(jù)統(tǒng)計(jì)70%鉆柱失效是疲勞斷裂失效，因此疲勞斷裂失效。第二十五頁，共75頁。第二十五頁，共75頁。螺紋根部疲勞斷裂鉆鋌本體脆性斷裂第二十六頁，共75頁。第二十六頁，共75頁。H2S導(dǎo)致鉆桿應(yīng)力腐蝕斷裂鉆鋌外螺紋疲勞斷裂第二十七頁，共75頁。第二十七頁，共75頁。3）表面損傷：包括腐蝕，包括均勻腐蝕(如鉆具銹蝕)、小孔腐蝕(即點(diǎn)蝕，如鉆桿存放或使用過程中的內(nèi)外表面的點(diǎn)蝕)和焊縫腐蝕(如鉆桿表面皺折處的鉆井液腐蝕，內(nèi)外螺紋接頭處嚙合部位的腐蝕等)；鉆具腐蝕第二十八頁，共75頁。第二十八頁，共75頁。4）磨損：包括粘著磨損（如鉆桿接頭、鉆挺及轉(zhuǎn)換接頭螺紋部分的磨損）（見右圖）、磨料磨損（如鉆井液和井壁對(duì)鉆柱的磨損、螺紋脂中的雜質(zhì)對(duì)螺紋的磨損）和沖蝕磨損（如鉆桿的內(nèi)外表面及連接螺紋受到的鉆井液的沖蝕磨損）；鉆桿接頭磨損鉆鋌螺紋磨損粘扣第二十九頁，共75頁。第二十九頁，共75頁。5）機(jī)械損傷：如表面碰傷、燒傷、大鉗卡瓦及其它工具的壓痕等。鉆桿卡瓦咬傷管體鉆桿卡瓦咬傷管體刺漏第三十頁，共75頁。第三十頁，共75頁。6）鉆桿管體刺漏失效：鉆桿管體加厚過渡帶短（距接頭500mm-800mm處），過度不平緩，應(yīng)力集中，而且鉆井液在在該處易形成渦流，進(jìn)而導(dǎo)致本體刺漏失效（見右圖）。

鉆桿管體刺漏鉆桿刺漏第三十一頁，共75頁。第三十一頁，共75頁。7）鉆具螺紋刺漏失效：由于鉆具上扣扭矩不標(biāo)準(zhǔn)：上扣扭矩過大或者過小；螺紋脂不標(biāo)準(zhǔn)：螺紋脂里混有機(jī)油等，或者沒有使用鉆鋌、耐高溫等專用螺紋脂造成螺紋刺漏現(xiàn)象。鉆具內(nèi)螺紋刺漏失效鉆具外螺紋刺漏第三十二頁，共75頁。第三十二頁，共75頁。鉆井參數(shù)對(duì)鉆具使用壽命的影響鉆壓鉆壓過大，中和點(diǎn)易移到加重鉆桿或鉆桿。增加鉆鋌的彎曲載荷。轉(zhuǎn)速

轉(zhuǎn)速過快鉆柱在井眼擺動(dòng)厲害，鉆柱受力情況惡化。

第三十三頁，共75頁。第三十三頁，共75頁。鉆具失效原因非常復(fù)雜，從上面分析來看，鉆鋌螺紋、加重鉆桿、螺桿鉆具以及轉(zhuǎn)換接頭是主要的失效部位，這些都有一個(gè)共性，那就是處在鉆柱的底部，同時(shí)受拉、壓、扭、縱向橫向震動(dòng)等交變應(yīng)力作用，出現(xiàn)疲勞失效。通過鉆具失效分析，鉆具失效的主要原因主要有以下幾種：3、鉆具失效原因分析第三十四頁，共75頁。第三十四頁，共75頁。1上扣扭矩不標(biāo)準(zhǔn)，螺紋脂性能不符合標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致鉆具螺紋發(fā)生斷裂、刺漏、粘扣等失效現(xiàn)象不斷增多。2）鉆具配備不合理，鉆鋌使用普遍偏少，習(xí)慣用加重鉆桿代替鉆鋌，致使中和點(diǎn)處于加重鉆桿或者鉆桿位置，另外目前水平井使用倒裝鉆具，導(dǎo)致加重鉆桿或鉆桿受力復(fù)雜化。3）針對(duì)特殊地層，沒有引起重視，比如坨、邊臺(tái)地區(qū)地層傾角大，跳鉆嚴(yán)重，樂古地區(qū)地層埋藏淺，地層硬，也易跳鉆，跳鉆使鉆具頻繁受縱向沖擊力，極易導(dǎo)致接頭螺紋斷裂失效，也易導(dǎo)致鉆桿加厚過渡帶應(yīng)力集中而刺漏。第三十五頁，共75頁。第三十五頁，共75頁。4）井下垮塌、卡鉆、漏失等復(fù)雜情況增多，起下鉆阻卡嚴(yán)重，使鉆具承受較高的應(yīng)力變化幅值，加上處理過復(fù)雜情況的鉆具沒有及時(shí)更換或者沒有檢測(cè)而繼續(xù)使用。5）井身軌跡控制不好，特別是三段制、五段制、和水平井井眼以較大的造斜率進(jìn)行扭方位和造斜，造成井眼出現(xiàn)較大狗腿度，鉆具在此處受交變應(yīng)力復(fù)雜、磨損嚴(yán)重也是鉆具失效的原因之一。6）新車修螺紋處理手段不完善：對(duì)新車修螺紋只能采取探傷、冷磷化處理，目前磷化技術(shù)比較落后，而且缺少冷磙壓處理工藝，也是螺紋粘扣、斷裂失效的原因之一。第三十六頁，共75頁。第三十六頁，共75頁。7)一級(jí)以上鉆具和高鋼級(jí)鉆具數(shù)量不足，隨著井深的增加、特殊工藝井的增加以及井型的改變，一級(jí)以上鉆具和高鋼級(jí)使用量大大增加，目前遼河油區(qū)超過4500米的深井不斷增多，個(gè)別井使用的鉆具滿足不了井深、特殊工藝的要求。8)鉆具的檢測(cè)手段比較落后：鉆具失效發(fā)生頻率最高的部位——鉆具螺紋、加厚過渡帶，沒有有效的檢測(cè)手段，目前采用的超聲和磁粉探傷檢測(cè)，都存在弊端，只能檢測(cè)到裂紋，對(duì)疲勞檢測(cè)沒有效果。第三十七頁，共75頁。第三十七頁，共75頁。1)加大鉆具受力及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的理論研究：鉆井工藝技術(shù)和鉆井裝備的不斷進(jìn)步，通過強(qiáng)化鉆井參數(shù)而提高鉆井速度，鉆具組合也發(fā)生了較大的變化，鉆具在井下的工況越來越惡劣。特別是水平井，采用倒裝鉆具組合，鉆具受力和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)更加復(fù)雜，對(duì)鉆具的性能提出了更高要求。因此我們要加大鉆具受力及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的理論研究，使鉆具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)做到科學(xué)合理，對(duì)可預(yù)見出現(xiàn)的復(fù)雜情況做以明確的要求。2)鉆井公司按照標(biāo)準(zhǔn)扭矩值進(jìn)行上扣，使用優(yōu)質(zhì)的螺紋脂，并根據(jù)井上實(shí)際情況，進(jìn)行鉆具倒換和錯(cuò)扣起鉆作業(yè)，定期進(jìn)行鉆具探傷，周期長(zhǎng)的井、處理過復(fù)雜情況的井要強(qiáng)制探傷或者更換鉆具。4、預(yù)防鉆具失效的幾點(diǎn)建議第三十八頁，共75頁。第三十八頁，共75頁。3)跳鉆地區(qū)鉆井應(yīng)采取防跳鉆手段，優(yōu)化鉆井參數(shù)，適當(dāng)降低轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，降低縱向振動(dòng)頻率，建議使用減震器等井下工具。4)加強(qiáng)井身軌跡控制，減小狗腿度，全角變化率嚴(yán)重會(huì)使鉆柱承受額外的彎曲載荷，預(yù)防卡鉆事故發(fā)生。5)合理優(yōu)化鉆具鉆具組合，在水平井和分支井段，以及采用倒裝鉆具組合，優(yōu)先使用加重鉆桿，并增加其數(shù)量，來代替鉆鋌。第三十九頁，共75頁。第三十九頁，共75頁。6)鉆井提速的同時(shí)，為減少鉆具失效事故發(fā)生的機(jī)率，應(yīng)加大對(duì)地層巖性特點(diǎn)分析研究的力度，優(yōu)化泥漿設(shè)計(jì)，使泥漿性能真正符合地層巖性特點(diǎn)，穩(wěn)定地層、提高攜砂能力，減少井下復(fù)雜情況。加大對(duì)泥漿的研究力度，研究對(duì)鉆具腐蝕作用小的泥漿，減少鉆具腐蝕，降低鉆具腐蝕疲勞失效。7)提高鉆具修復(fù)和檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)化和攻關(guān)，特別是螺紋的保護(hù)技術(shù)，比如螺紋磷化工藝的改進(jìn)、螺紋冷磙壓裝置的配備以及螺紋無損檢測(cè)技術(shù)的攻關(guān)。減少鉆具螺紋失效的機(jī)率。8)加大新鉆具、高鋼級(jí)鉆具的投資力度，鉆具的等級(jí)、鋼級(jí)等滿足不了超深井鉆井需要。第四十頁，共75頁。第四十頁，共75頁。2000年大港油田成功地推廣應(yīng)用了鉆桿內(nèi)涂層技術(shù)，使鉆桿加厚過渡區(qū)刺漏現(xiàn)象大大減少。但是，隨著斜井、水平井及復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境條件下鉆井增多,鉆桿刺漏現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，有些鉆桿甚至內(nèi)涂層沒有脫落也發(fā)生了刺漏現(xiàn)象,造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在水平井和斜井施工過程中，為了過濾鉆井液中的雜質(zhì)和異物損傷定向儀器，在鉆桿內(nèi)螺紋端放置了管狀多孔濾清器，導(dǎo)致此處鉆桿沖蝕失效屢次發(fā)生，沖蝕失效已經(jīng)成為大港油田鉆桿失效的主要類型之一。第四十一頁，共75頁。第四十一頁，共75頁。鉆桿刺漏的管體切開圖2

卡瓦咬傷管體圖3鉆桿刺漏處卡瓦咬傷處第四十二頁，共75頁。第四十二頁，共75頁。鉆桿接頭內(nèi)放置了濾清器圖濾清器對(duì)鉆桿內(nèi)壁的沖蝕坑圖第四十三頁，共75頁。第四十三頁，共75頁。

近年來，隨著油田勘探開發(fā)力度的不斷加大，大位移井、定向井?dāng)?shù)量的不斷的增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)水平井和斜井占到年鉆總井?dāng)?shù)的85％。為了滿足鉆井工藝的需要，在水平井和斜井中使用了隨鉆測(cè)量?jī)x、隨鉆測(cè)井儀（MDW、LDW）技術(shù)服務(wù)。為了防止隨鉆測(cè)量?jī)x、隨鉆測(cè)井儀被井內(nèi)被泥漿異物（如水龍帶掉下橡膠、塊狀雜物等）卡住，在鉆桿內(nèi)螺紋端長(zhǎng)時(shí)間放置了濾清器。其長(zhǎng)度為500mm、800mm、甚至1000mm，正好覆蓋鉆桿加厚過度區(qū)。1）、鉆柱沖蝕分析及原因第四十四頁，共75頁。第四十四頁，共75頁。

當(dāng)鉆桿內(nèi)裝入濾清器后，鉆井液的流動(dòng)方向突然發(fā)生變化，由與鉆桿內(nèi)壁平行變?yōu)橹苯由湎蜚@桿內(nèi)壁，濾清器水眼中噴出的鉆井液高速射向鉆桿內(nèi)壁，這種射流沖蝕相當(dāng)于鉆井工程的“噴射鉆井”，而在材料科學(xué)中，這種破壞形態(tài)叫“沖蝕”。它造成內(nèi)涂層剝落，腐蝕進(jìn)一步加劇，由于鉆井液多次沖擊作用，形成圓形沖蝕坑內(nèi)存在一凸起，其原因是射流中心存在滯留點(diǎn)，流速較低。隨著坑逐漸加深，管柱內(nèi)鉆井流流動(dòng)方向變化，凸起逐漸上移，坑的下游邊緣逐漸平坦，形成馬蹄形的坑。鉆桿被腐蝕后產(chǎn)生裂紋，在使用過程中裂紋逐漸擴(kuò)展，沖蝕坑在交變應(yīng)力和腐蝕的聯(lián)合作用發(fā)生疲勞斷裂及刺漏。第四十五頁，共75頁。第四十五頁，共75頁。鉆桿濾清器圖4第四十六頁，共75頁。第四十六頁，共75頁。

在水平井和斜井作業(yè)過程中使用隨鉆測(cè)量、隨鉆測(cè)井結(jié)合泥漿錄井取代電纜測(cè)井將成為一種趨勢(shì)。為了解決濾清器對(duì)鉆桿內(nèi)壁的沖蝕，經(jīng)過分析和研究，可以在方鉆桿下部的防保接頭內(nèi)放置濾清器，對(duì)于使用頂驅(qū)鉆機(jī)在水龍帶與水龍頭之間連接的短節(jié)放置濾清器，逐步解決鉆桿過渡區(qū)刺漏失效的發(fā)生。2、鉆柱的沖蝕預(yù)防和措施第四十七頁，共75頁。第四十七頁，共75頁。1）、新型防保接頭

針對(duì)鉆柱刺穿本體現(xiàn)象不斷發(fā)生，通過反復(fù)調(diào)查和試驗(yàn)，決定在方鉆桿下部的防保接頭內(nèi)放置濾清器，選用轉(zhuǎn)換接頭外徑為∮165mm、內(nèi)徑為∮82.6mm、長(zhǎng)度為1200mm(見圖5)。轉(zhuǎn)換接頭的壁厚是41.2mm比鉆桿的壁厚9.19mm大4倍多，同時(shí)油田規(guī)定方鉆桿防保接頭旋轉(zhuǎn)時(shí)間達(dá)到500小時(shí)，應(yīng)強(qiáng)制更換淘汰，避免接頭螺紋發(fā)生斷裂事故。第四十八頁，共75頁。第四十八頁，共75頁。2）、錐形濾清器

通過對(duì)威德福使用的錐形濾清器進(jìn)行分析，在基礎(chǔ)上進(jìn)行了大膽的技術(shù)改進(jìn)，對(duì)濾清器大端加長(zhǎng)80mm(見圖6)，使得濾清器無法在鉆桿內(nèi)使用，只能在與之配套的新型防保接頭內(nèi)使用。同時(shí)，由于濾清器呈錐形，它使的泥漿流動(dòng)方向發(fā)生變化，由與鉆柱內(nèi)壁垂直射向鉆柱內(nèi)壁變?yōu)槌室欢ń嵌壬湎蜚@柱內(nèi)壁，這樣使得泥漿減輕了對(duì)鉆柱內(nèi)壁的沖蝕。第四十九頁，共75頁。第四十九頁，共75頁。

錐形濾清器圖6新型防保接頭5第五十頁，共75頁。第五十頁，共75頁。3）、頂驅(qū)鉆機(jī)濾清器針對(duì)新鉆具在70型頂驅(qū)鉆機(jī)應(yīng)用較多的情況，且容易發(fā)生鉆具刺漏的現(xiàn)象。通過到鉆井隊(duì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，并與鉆井隊(duì)負(fù)責(zé)人進(jìn)行分析，認(rèn)為在水龍帶與水龍頭之間連接的專用濾清器短節(jié)是可行的措施。經(jīng)過分析，采用提升短節(jié)作為加工材料，并用4″由壬作為連接件（見圖7），滿足了在水龍帶與水龍頭之間的放置濾清器。第五十一頁，共75頁。第五十一頁，共75頁。頂驅(qū)鉆機(jī)濾清器短節(jié)圖7濾清器短節(jié)第五十二頁，共75頁。第五十二頁，共75頁。序號(hào)類型發(fā)生部位主要特征主要原因預(yù)防措施1鉆桿折斷靠近內(nèi)螺紋端本體1、懸重突降1、扭矩與拉力超過鉆桿屈服極限；1、處理事故時(shí)拉力與扭矩應(yīng)在安全范圍內(nèi)；2、泵壓下降3、扭矩減少2、本體有傷痕（卡瓦牙刻痕）蝕坑或制造缺陷（裂紋）；2、嚴(yán)格檢驗(yàn)入井鉆具，不符合要求的鉆具嚴(yán)禁使用；4、無進(jìn)尺3、過度磨損、疲勞破壞。3、編組倒換。2鉆鋌及井下工具折斷常發(fā)生在中和點(diǎn)附近鉆鋌及井下工具的外螺紋根部1、懸重突降1、鉆鋌受力復(fù)雜，易疲勞破壞；1、定期倒換或卸扣；3、扭矩減少2、螺紋加工質(zhì)量欠佳，應(yīng)力集中；2、定期探傷；4、無進(jìn)尺3、存在裂紋或缺陷。3、提高加工質(zhì)量，不合格不得入井使用。3滑扣螺紋縱向受力后滑開1、懸重突降1、螺紋嚴(yán)重磨損，接觸面減少；1、不合格或有缺陷的螺紋嚴(yán)禁入井使用；2、泵壓下降3、扭矩減少2、扣型不標(biāo)準(zhǔn)，不易上緊；2、使用液壓大鉗按規(guī)定扭矩緊扣。4、無進(jìn)尺3、未按規(guī)定扭矩緊扣。

4脫扣螺紋磨損扭轉(zhuǎn)時(shí)自行退開1、懸重突降1、憋鉆后打倒車造成倒扣；1、在夾層礫巖中鉆進(jìn)時(shí)，嚴(yán)重憋鉆；2、泵壓下降3、扭矩減少4、無進(jìn)尺2、未按規(guī)定扭矩緊扣，致使外螺紋接頭膨大（磨薄）。2、使用液壓大鉗按規(guī)定扭矩緊扣。第五十三頁，共75頁。第五十三頁，共75頁。5刺扣螺紋連接處被鉆井液刺蝕螺紋或者管體刺穿后，部分短路循環(huán)，泵壓下降，鉆速下降長(zhǎng)期造成的刺漏刷造成折斷1、密封脂不合格，或未涂抹均勻；1、使用合格得螺紋密封脂，并涂抹均勻；2、螺紋未上緊或螺紋有缺陷；2、按規(guī)定扭矩緊扣；3、直接變化處產(chǎn)生紊流，刺壞管壁和螺紋。3、泵壓下降時(shí)及時(shí)起鉆檢查。6粘扣螺紋連接處粘合一體不能卸開螺紋不能卸開（接合面咬合）1、夾層或者硬地層中鉆進(jìn)時(shí)嚴(yán)重憋跳引起縱橫振動(dòng)導(dǎo)致螺紋互相咬合；1、鉆頭上加減震器；2、螺紋加工質(zhì)量不規(guī)范，表面硬度不一致；2、嚴(yán)格檢驗(yàn)螺紋加工質(zhì)量，采用相同的鋼級(jí)；3、螺紋自動(dòng)緊扣或密封脂不合格。3、采用合格密封脂，并按規(guī)定扭矩緊扣。序號(hào)類型發(fā)生部位主要特征主要原因預(yù)防措施第五十四頁，共75頁。第五十四頁，共75頁。鉆具失效原因井壁穩(wěn)定性不好，井下工況復(fù)雜，使鉆柱在蹩卡過程中會(huì)受到異常載荷，鉆具容易在其危險(xiǎn)截面產(chǎn)生疲勞裂紋（螺紋部分），發(fā)生疲勞斷裂事故；對(duì)于大位移水平井條件下的復(fù)雜地層井，鉆桿應(yīng)滿足先漏后破準(zhǔn)則，其沖擊功AKv≥100J。但是APISpec5D規(guī)定沖擊功AKv≥47J，說明斷裂的鉆具材料韌性不足，降低了鉆具的承載和抵抗裂紋的能力，容易發(fā)生刺漏或斷裂事故；高轉(zhuǎn)速會(huì)使鉆柱所受復(fù)合應(yīng)力增大，同時(shí)在彎曲井段旋轉(zhuǎn)的鉆柱受到的交變彎曲應(yīng)力，使鉆柱長(zhǎng)期處在高循環(huán)疲勞下而產(chǎn)生鉆具疲勞失效（循環(huán)次數(shù)大于105）；鉆進(jìn)中發(fā)生蹩鉆容易使鉆桿發(fā)生扭曲，一般發(fā)生在中和點(diǎn)以上的一段鉆桿內(nèi)，當(dāng)鉆具緊扣扭矩偏小時(shí)發(fā)生蹩鉆，超扭矩引起螺紋部分再次進(jìn)口，容易使鉆具漲扣；

第五十五頁，共75頁。第五十五頁，共75頁。在鉆桿內(nèi)加濾清器使鉆井液流速急劇增加，沖蝕鉆桿以致造成鉆具失效。使用卡瓦不當(dāng)，造成鉆桿管體咬傷，造成局部的應(yīng)力集中，導(dǎo)致鉆具的刺漏或斷裂；鉆鋌和加重鉆桿的疲勞斷裂起源于螺紋根部，與它的彎曲強(qiáng)度比、材料的韌性不足、井斜變化大、螺紋結(jié)構(gòu)不合理、鉆柱的共振等因素引起的應(yīng)力集中增大有很大關(guān)系；大位移水平井特殊的井況造成鉆具疲勞失效，大多發(fā)生在大位移水平井井斜變化大，方位變化大的井段及井內(nèi)（在加厚過渡帶附近刺漏）或斷裂（在螺紋或管體）。第五十六頁，共75頁。第五十六頁，共75頁。預(yù)防措施1．加強(qiáng)鉆具的探傷和檢驗(yàn)鉆具的檢驗(yàn)和探傷可分為三個(gè)層次進(jìn)行，第一是井隊(duì)在起下鉆時(shí)快速目測(cè)檢測(cè)；第二是專門人員在現(xiàn)場(chǎng)管架上進(jìn)行目測(cè)及使用超聲波儀器檢測(cè)；第三是在管具公司進(jìn)行全面嚴(yán)格的分級(jí)檢驗(yàn)。2．選擇合適的彎曲強(qiáng)度比和最佳緊扣扭矩(1)應(yīng)該選擇適合本地區(qū)的彎曲強(qiáng)度比(2.0～3.2)，以保證內(nèi)、外螺紋接頭彎曲疲勞