大口径管道定向穿越用钻杆的检测

韩雄 张建青 戴树谭

【摘要】根据穿越工程使用钻杆的特点，制定了现场检测工艺流程，着重介绍了钻杆检测重点，并就重点检测部位给出了一些检测建议，对促进现场的安全生产有一定的指导作用。

【关键词】定向穿越 钻杆 检测

1 背景

近些年，随着国家重大石油天然气管线工程的不断建设，特别是西气东输工程步伐的加快，一条能源大动脉横贯中国东西。在建设的过程中，管道需要经过大江大河等障碍，这就需要采用非开挖施工技术进行管道的铺设，穿越施工作为非开挖施工技术的重要的分支，已广泛地应用于石油天然气的施工，其特点是对环境的影响小、施工进度快、具有较好的经济效益和社会效益。

作为定向穿越工程中施工的重要组成部分，供井钻具的质量直接影响施工进度和工程安全，本文拟就定向穿越工程所使用的钻杆的检测及保养维护进行简单的阐述。

2 检测工艺流程

以上是钻杆检测的一个基本流程图1：

3 钻杆检测过程说明

在检测过程中，根据钻杆的组成及使用的特点，一般主要是侧重以下几个方面的检测：接头、丝扣、密封面以及加厚过渡区和钻杆本体的检测。

3.1 接头

在穿越工程的实施过程中，从导向孔的钻进阶段到管线的回拖完毕，钻杆是一直处于工作状态的。在此过程中钻杆在自身重力的作用下会自然下沉，直到拖到井壁上。在钻进、扩孔以及回拖的过程中，钻杆会不断受到井壁的磨蚀，由于钻具的管体和接头的直径存在差异，所以会造成接头部分的磨损更快。接头过快磨损会使得其过早的达到降级的要求。在进行接头级别判定时，一般从两个方面，即钻杆接头最小外径，偏磨内螺纹接头最小台肩厚度两个方面。

此外，在钻具的使用过程中还有可能存着不同钢级的钻具混用的现象。由于钢级不同，使得同一尺寸的钻具接头外径存在差异，在运用标准进行判定时，时常会出现外径尺寸相同，但是由于钢级不同，有的达到降级要求，有的则没有的情形。

根据我们对同一穿越井队使用的同一批钻具进行的长期跟踪检测经验来看，在实际操作中，针对上述情形，考虑到穿越工程的特点以及安全方面的因素，我们不建议客户使用接头降为三级的钻具，二级接头的钻具客户可根据施工情况酌情使用，但由于台肩厚度有所减小，在使用中较易形成喇叭口，在检测时应特别注意。针对不同钢级混用的情况，在进行接头级别判定时，与客户协商，可适当降低钻具判废标准，运用较低钢级的标准判定，兼顾安全性和经济性。

此外，为合理使用钻具，延长钻具的使用时间，在使用过程中，我们推荐客户对钻具的接头进行耐磨带的敷焊作业，以减缓接头由于过快磨损而降级的情况。如果接头出现降三级或者由于多次修理，导致大钳空间不足形成短接头的状况，可以考虑管体的条件，倘若本体状态相对良好，可以更换接头，以期达到不断清除报废钻杆，使其在定向钻穿越中尽量发挥作用，达到物尽其用之目的。

3.2 丝扣

在水平穿越施工过程中，钻杆不仅受到轴向拉压力，还承受扭转力矩，使得丝扣包括公端和母端受到外力的挤压，在施工过程中因外力过大很容易使丝扣挤溃和剥落，因此对于起连接作用的丝扣必须进行及时的评估。在实际操作中，考虑到穿越工程的特点以及安全方面的要求，对于严重剥落、错扣，齿形存在严重的变形应及时剔除，进行相关的修理以消除日后工程的安全隐患。

此外在水平穿越施工过程中，由于操作不到位造成的粘扣现象也较为明显，在检测时应特别注意。造成该现象的主要原因是钻杆在穿越工地的对岸的上扣的习惯性操作，导致远远达不到钻具厂家或标准要求的上扣扭矩，在扩孔及回拖过程中容易造成二次上扣，二次上扣的扭矩是不可控的，进而使其上扣扭矩高于规定上限，产生粘扣，导致丝扣无法卸开。

针对这种情况，一方面要严把钻具修理关，保证供井钻具修扣后表面处理（磷化或镀铜）的质量，二是严把操作关，尽可能的使用专用的上扣设备进行上扣，消除可能产生二次上扣的潜在因素，再者，关于螺纹密封脂，推荐使用锌含量为40%-60%的密封脂，上卸扣既可以起到减摩作用，又能有效的防止粘扣，减少螺纹的损坏。

3.3 密封面

泥浆在水平定向穿越工程中的作用是：清洗井底（壁）、冷却和润滑钻头、携带岩屑、降低交变应力。泥浆的工作特点在地表以下15-30米左右，基本上是常温的工作状态，且压力不是很高。相比较而言，对于密封面的要求不是那么高，鉴于该特点，在进行检测时，可适当降低要求，对于小的凸起，可用锉刀锉平；严重的坑形缺陷或台肩面贯穿的应予以拒接接受并进行相关修理。

由于穿越定向钻的泥浆压力不高，且是水平钻进，相对于普通钻井而言，当钻井结束后，管体内残余的泥浆易滞留，如不及时清理，一方面会继续腐蚀管体；另一方面长期不使用，使其硬化，很容易使管体堵死，会对再次使用产生影响。

3.4 钻杆本体

作为钻具的主体，管体的好坏直接影响穿越工程的安全，以我公司2012年4月及12月在某穿越现场检测的近千根6 5/8英寸的钻杆为例，发现了较多的管体出现裂纹的钻具，且大都集中在近公端、近母端的加厚过渡区域，这也是穿越用钻杆裂纹的高发区。

通过总结定向钻穿越施工的特点，我们认为钻杆断裂主要是承受的弯矩过大造成的：一方面在钻导向孔过程中，如果实际曲线与理论曲线偏差较大，或出现急弯、死折等，都可能使钻杆产生过大的弯矩。另一方面可能由于扩孔后孔洞不规则，使管道与扩孔器以及钻杆轴线形成夹角，从而造成钻杆承受弯矩过大。因此，针对以上特点，对于管体的探伤，在检测过程中应予以更多的注意。就方法而言，主要是采用漏磁系统对管体进行全面检测。在探伤过程中，对于信号突变的地方，要通过磁粉等其他方法予以复查，再进行评价，做到处处无漏检。漏磁探伤虽然可对钻杆本体实施有效检测，但仍有检测盲区，如钻杆的加厚过渡带、台肩面、接头等，还需要辅以磁粉检测。在检测前要进行全面的清理，以减小表面因素对缺陷判断的影响。

此外，由于穿越施工的特点，其使用的钻杆出现弯曲的情况也较多，在检测的过程中也要多加注意。

4 建议

关于穿越用钻具的使用及检测保养，一方面加强钻具管理，规范操作，掘弃习惯做法，避免对钻具产生不必要的损伤；另一方面要加强钻具的日常维护工作，包括接头和管体，对易发生失效的薄弱部位加强探伤检测，做到定期检测，定期维护。

除上述建议外，考虑到扩孔及回拖时，钻杆承受拉力、扭矩、弯矩都比较大，可考虑合理分配钻具的使用，即将状态较的好的钻具用于扩孔及回拖，做到安全生产。

参考文献

[1] 李顺来， 朱立志， 任素青.大口径管道定向钻穿越中钻杆断裂原因及预防措施[J].石油工程建设.2003，29（4）：46-47

[2] 范森，刑淑芳，毛玉琢等.钻具螺纹密封脂的组成及作用[N].大庆石油学院学报.2004，28（3）：46-48

作者简介

韩雄，1986年生，2010年毕业于西南石油大学材料工程专业，助理工程师，现从事石油钻具、井口工具以及井场检测监理等工作。