鉆柱穩(wěn)定器結構分析

鉆柱穩(wěn)定器結構分析

穩(wěn)定器的研究現狀在國內外鉆井鉆的組合中，傳統直徑不變的鉆柱沉積器仍然是檢測井斜鉆頭組合中不可或缺的組件。盡管常規(guī)穩(wěn)定器的重要性毋庸置疑,但是,當作者在查閱穩(wěn)定器資料過程中,發(fā)現國內相關資料貧乏,結構過于單一,提高其壽命的研究顯得單薄。我們認為從整體上看,在我國穩(wěn)定器的設計研究和生產還沒有得到足夠的重視。文獻收錄了約達20個廠家的產品介紹,資料豐富,結構創(chuàng)新,有很高的借鑒價值。在資料綜合與分析的基礎上,作者已在文獻中,分析和評價了美國穩(wěn)定器的結構特點,本文就美國穩(wěn)定器材料性能和尺寸參數進行介紹,以期國內同仁對此有一個較全面的了解,推進我國穩(wěn)定器技術進展。1穩(wěn)定器材料和性能指標1.1定器及非磁性鋼穩(wěn)定器按照使用材料可將穩(wěn)定器分為合金鋼穩(wěn)定器及非磁性合金鋼穩(wěn)定器,前者使用廣泛,后者主要用于高緯度、高偏斜、高磁場以及腐蝕較為嚴重的鉆井條件。1.1.1個體成分配h合金鋼穩(wěn)定器用Cr-Mo材料,通常為AlSl4140及4145H,成份見表1。其中4145H鋼因其含碳量較高、淬透性好,用得最為廣泛。所有鋼均由電爐冶煉,真空除氧,保證非金屬含量少,嚴格控制熱處理,使之達到最佳機械性能(高強度和韌性)。1.1.2非磁性不銹鋼材料在定向鉆井中專門設計制造了非磁性穩(wěn)定器。這種穩(wěn)定器通常裝在兩段非磁性鉆鋌之間,為鉆鋌提供一個無磁性的隔離段。從理論上看,它適用于高緯度地區(qū)、高偏斜和南北向大偏移井眼;在任何井斜角度下,地質測量儀不會受到鉆柱磁場的影響。它也可以用在一般的定向鉆井裝置中,使羅盤讀值不會受到有害的影響。非磁性合金鋼通常為鉻錳奧氏體不銹鋼。不僅具有與4145H合金鋼相近的機械性能,而且還具有低的導磁率和高的耐腐蝕性?？梢酝ㄟ^自動裝置進行冷作硬化處理(噴丸),在獲得良好機械性能的同時,增加抗應力腐蝕裂紋的能力。因為表面硬化處理有助于減少裂紋萌生,從而改變表面性能,提高耐疲勞性。為了保持無磁性環(huán)境,這種穩(wěn)定器的扶正段應采用非磁性強化處理。例如SMFI公司的SMFI66專利材料,具有高機械性能、低磁通量、良好的耐腐蝕性、極優(yōu)的加工性和無粘扣現象。SMFI66鋼能消除晶界上的碳偏析,從而產生一個鈍化的微觀結構,并將壓縮應力附加在穩(wěn)定器孔中。實驗室和現場使用證明這種材料在氯化物腐蝕環(huán)境中表現出極為突出的抗應力腐蝕開裂的能力。又如克里斯坦森(CHRJSTESEN)公司的非磁性鋼穩(wěn)定器采用Chrialloy500材料,是一種改性的AlSl316L鉻鎳合金不銹鋼,他們認為這種材料的性能優(yōu)于鉻錳不銹鋼。1.2生產力指標1.2.1鋼性能指標Cutting&Wear公司的合金鋼性能指標見表2。表2中的強度值略高于我國穩(wěn)定器部頒標準,部頒標準實際上是采用APISPEC7的鉆鋌性能指標。1.2.2非磁性鉻合金性能指標非磁性合金鋼性能指標見表3。與表2對比,非磁性合金鋼的性能略低于合金鋼,但沖擊韌性更好。2封裝式穩(wěn)定器套裝式穩(wěn)定器的結構多姿多彩。我們介紹三種套裝式穩(wěn)定器,列出它們的尺寸參數,以供參考。通常,套裝式穩(wěn)定器扶正段較短,更適用于井斜較大的井眼。由于它更換方便、重量輕,能減少邊遠地區(qū)鉆井時后勤供應的麻煩,因而使用成本低。2.1東南角鋼芯桿、熱處理裝置圖1為Darron二件式套裝穩(wěn)定器,它由芯桿和扶正套組成。芯桿采用AlSl4145H鋼制造,熱處理硬度為HB285～341,最小沖擊韌性5.5302kg·m。芯桿和扶正套相關尺寸見表4。2.2daron三個安裝穩(wěn)定器圖2為Darron三件式套裝穩(wěn)定器,它由芯桿、扶正套和保護接頭組成。芯桿的材料及性能指標與二件式相同,相關尺寸見表5。2.3下嘴唇固定器圖3為SMFI卡箍固定式套裝穩(wěn)定器(Clamp-onStabilizer-CLS),它為五件合金鋼結構。圖3所示穩(wěn)定器能牢固地鎖緊在鉆鋌、蝸輪鉆具、震擊器、隨鉆測井裝置或其它要求對中或轉向的旋轉鉆裝置上。由于這種穩(wěn)定器重量輕、安裝簡單,能增強井眼的井斜控制,改善鉆井效率,同時還消除穩(wěn)定器在水平位置被擰松的危險。鎖緊裝置有雙重鎖緊作用,以利牢固安裝。下鎖緊環(huán)上裝有幾處硬質合金塊,具有強制性卡緊作用。所有零件均由4145H鋼經淬火、回火,或者使用非磁性鉻錳鋼連在非磁性鉆鋌上。相關尺寸見表6。3穩(wěn)定器螺釘連接特性3.1daron穩(wěn)定檢測器的螺釘連接特性采用內加厚內螺紋;外螺紋增加應力減輕槽;冷滾壓螺紋根部;磷酸鹽涂敷螺紋;裝重型螺紋橡膠護套。3.2抗粘扣加工出應力減輕結構由于疲勞失效總是發(fā)生在接頭處,為防止這一現象發(fā)生,所有SMFI非磁性鉆鋌(包括穩(wěn)定器)均加工出應力減輕結構。在公扣上為SMFI錐孔,所有螺紋接頭均進行冷滾壓,并施以抗