塔里木油田钻杆失效原因与预防对策探讨

2022-09-12

随着塔里木油田钻井数量的不断扩大, 钻杆的需求量相应的也得到了增加。资料显示, 塔里木油田目前共有各种规格的钻杆约为6万根, 它们保障了该地区60多口超深井能够顺利作业。塔里木油田由于受到自身复杂地质条件因素影响, 在钻井过程中常会出现井下蹩钻和跳钻, 且情况比较严重, 钻杆承受着扭转、冲击和拉伸等多种交变载荷共同作用, 钻杆受力条件十分苛刻。受到井下交织在一起的各种复杂工况影响, 从而使得钻杆的使用处于非常恶劣环境中, 因此频繁发生了失效事故, 面对这些事故需要去分析其产生的原因, 并且给予相关的预防对策。

一、钻杆失效分析

一般情况下, 钻杆失效现象表现为刺漏、本体断裂和钻杆螺纹处失效等, 大致产生的原因可能是以下因素的结合引起的, 这些因素大致包括有地层因素、钻杆结构和材料、钻具的组合、钻杆的基本力学工况和钻井工艺等等, 我们知道钻杆失效是多因素共同作用产生的结果, 对于不同的井而言, 应根据实际情况, 分析钻杆失效的原因, 找出主要的影响因素并以此来采取相应的措施。就目前的情况而言, 塔里木油田钻杆失效的形式主要表现为热裂、刺漏和内涂层失效等。

1. 热裂

钻杆内螺纹接头热裂实质上就是摩擦裂纹, 它是摩擦热和摩擦力共同作用产生的, 该形式存在的钻杆失效是地区钻井工程面临的主要难题。摩擦裂纹产生初始时一般较小, 且不容易被发现, 摩擦裂纹的宽度随着钻杆的继续使用而不断扩展, 最终导致了纵向穿透裂纹的形成, 其形成的原因主要与钻杆的侧向接触力旋转速度、和材料横向韧性有着直接的关系, 因此, 热裂多发生在新钻杆的内螺纹接头上, 主要是由于新钻杆自身的性质决定的, 其接头外径大与井壁摩擦的线速度高, 同时, 钻杆接头横向韧性越高时不易发生热裂, 而越低时就越容易发生热裂。

2. 刺漏

对塔里木油田的钻杆失效形式进行统计分析, 数据结果表明, 钻杆内加厚过渡带刺漏在90%以上的钻杆失效实例中存在, 钻杆刺穿产生的原因主要还是与钻杆内加厚成型质量和钻杆自身的材料性能有关, 过渡圆弧和内加厚过渡带长度是影响内加厚成型质量的主要参数指标, 对于影响钻杆材料性能的参数指标而言, 主要是有害元素含量和韧性。

3. 内涂层失效

内涂层受其质量不合格的影响而失效, 就失去了防止钻杆内壁腐蚀的功能, 就不能对钻杆实现有效地保护, 大幅度地降低了钻杆使用寿命。影响钻杆内涂层质量的主要指标是内涂层漏点的存在, 钻杆管体内加厚过渡带刺漏发生的部位主要是内涂层的脱落或破坏的位置, 而后受到腐蚀产生裂纹, 最终内加厚过渡带发生刺穿降低钻杆的使用寿命。

4. 钻杆直线度的偏差

在钻井过程中, 钻杆直线度的偏差会直接影响钻杆的使用性能。例如, 在钻井过程中, 当钻杆直线度偏差过大时钻柱会产生扭摆振动, 使得套管与钻杆的磨损程度进一步提高, 影响到钻杆的寿命, 导致钻杆过早失效。

二、预防对策

对于钻杆本体失效的内在因素可以实施的预防措施包括有减少振动幅度和频率、选择合适的钻杆刚度、采用高摩擦系数的抗高温钻杆密封脂等。从管理角度上而言, 需要规范现场操作标准、强化对钻杆的检修质量、合理的钻杆配置以及加强对钻杆的日常维护检查。

1. 在应对钻杆内螺纹接头热裂钻杆失效形式时, 可以在钻杆接头上敷焊新型耐磨带, 从而可以有效地防止钻杆接头直接与套管或井壁之间的接触摩擦, 摩擦程度降低钻杆受到的摩擦热和摩擦力作用减弱, 很好地预防接头热裂, 同时也有效地减少了钻杆接头对套管的磨损程度。

2. 对于钻杆内加厚过渡带刺漏问题, 分析其产生原因主要为钻杆材料性能和内加厚成型质量, 可以依此来改善刺漏状况, 对内加厚过渡带长度和过渡圆弧尺寸进行严格要求和审查, 同时对钻杆材料性能中的有害元素含量和韧性也给予严格的要求, 除此之外, 还可以通过改善钻具组合和钻井工艺来达到目的, 如采用螺杆钻具和垂直钻井技术, 从而使得钻杆刺漏事故得到了有效控制。

3. 在钻井过程中, 还没有有效的方法来对钻杆内涂层进行评定, 为了防止钻杆内涂层在使用过程中脱落, 可以对钻杆内涂层质量提出要求, 即每根钻杆在内加厚过渡带消失区域不得出现漏点, 且在内涂层的全长范围内不得多于3个漏点。

4. 在其它方面, 针对钻杆直线度的偏差影响钻杆的使用性能, 可以对钻杆直线度提出严格要求, 使得各项指标严格遵守标准或者更严于标准的要求, 使得钻杆直线度的偏差得到明显改善。加强对钻杆的使用管理, 及时有效地对其进行探伤检查, 从而达到降低钻杆发生断裂和刺穿事故的频率, 根据钻杆探伤检查的需要, 制定出符合油田自身的检测分级标准, 包括钻杆的几何尺寸检测标准、加厚过渡带超声波探伤以及钻杆螺纹超声波检测等。

结束语

针对塔里木油田钻杆失效事故频发的现象, 分析钻杆失效的原因, 并提出相应的预防对策。钻杆本体破坏失效和钻杆螺纹失效是钻杆失效的两大类形式, 前者主要包含有本体刺漏和断裂, 后者包括有内螺纹接头开裂、刺漏和螺纹粘结等。对于不同的钻杆失效形式需要给予相应的分析研究, 提出预防对策, 降低钻杆失效事故, 延长钻杆使用寿命。就整体上而言、可以对钻杆材质、钻杆几何尺寸和内加厚过渡带质量等钻杆自身的性能的指标提出严格要求, 在钻井过程中采用垂直钻井技术和螺杆复合钻具, 可以很好地改善钻杆受力情况, 同时需要对钻杆现场检验标准要求进行提高, 减少安全事故隐患。

摘要：塔里木油田钻杆失效事故频发, 这就需要分析产生众多钻杆失效事件的原因, 并采取相应的预防对策。钻杆失效事故缘起的原因既包含有钻杆自身的问题, 还有就是焊接部位或钻杆本体存在裂纹, 以及螺纹参数控制不当等, 其存在的形式主要为钻杆本体破坏失效和钻杆螺纹失效。钻杆失效事故一旦发生, 钻井周期将会被延长, 无形之中就增加钻井成本, 造成一定程度上的经济损失。本文就塔里木油田实际发生的钻杆失效示例出发, 分析了事故产生所对应的原因, 以及给予了相关的预防对策, 目的在于有效地降低钻杆失效事故, 延长钻杆使用寿命, 避免经济损失。

关键词：塔里木油田,钻杆失效,预防对策