钻具稳定器的失效分析及应对措施

肖丽

摘 要：随着我国工业发展进程的不断加快，油田钻井工作也正以高效、节能的方向快速发展。现代化的钻井工具能够实现快速的钻井，节约钻井时间，能够为企业带来更大的经济效益和企业信誉。然而，钻井的单一钻头不能够独立完成钻井工作，需要在实际工作时采用稳定器来协助完成钻井工作，如何做好钻具稳定器的正常工作就成为钻井作业中的重要因素之一。该文研究者结合油田钻具稳定器的工作性能和设计，简单阐述钻具稳定器在工作中实效的具体原因，并针对原因提出有效的应对措施，以供参考。

关键词：钻井 稳定器 失效分析

中图分类号：TE927 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（b）-0099-01

一般钻井工作中的钻具都要深入到千米以下的井下进行作业，这其中就避免不了井下钻头受压力、温度及空气等多方面的影响，在多种影响因素下，钻具的长时间工作很容易因疲劳、烧伤、腐蚀情况而断裂，不能确保钻具持续稳定的工作，再加上恶劣的井下环境对不良制造工艺、不良材质钻具的影响，更加容易导致钻具无法正常工作，此时就需要借助钻具稳定器，然而，钻具稳定器的现场应用也会出现失效的现象，文章则重点介绍其原因和应对办法，以此来解决稳定器失效给钻井工作带来的困扰。

1 钻具稳定器的失效原因分析

1.1 钻具稳定器非正常周期内失效

钻具稳定器在非正常周期内的失效大多数是人为因素造成的。在正常的钻具稳定器使用过程中，很多人为因素都会导致钻具稳定器功能的失效，这主要是由于在稳定器的设计过程中，对稳定加厚区的设计存在缺陷，在选材和制作上也存在质量问题。另外，在钻具稳定器的管理和使用中，很多原因也是因为其存放管理不合理，导致钻具稳定器的腐蚀，在使用设备前不检查设备的缺陷型和上扣稳定性，从而导致在钻具稳定器工作时出现伤痕或密封脂使用不当的情况。

1.2 钻具稳定器的螺旋主体由于磨损而失效

钻具稳定器的螺旋主体外表主贴井壁，在正常工作时才会出现相对运动，而井壁的坚硬对钻具的磨损也破坏稳定器的结构，造成稳定器的外壁由厚减薄，不能够受到正常力度的受载能力，再加上稳定器表面会因为工作出现划痕，以此状况下去会出现失效的表现，控制设备功能就会被削弱。因此，稳定器的耐磨性也应有其表面镶嵌的合金方法来最左，当硬质材料的合金由于磨损脱落时，其硬质合金碎片不但会造成钻井进程速度的放缓，也增加了工作环境的恶化程度。

1.3 钻具稳定器螺纹的失效

钻具稳定器在工作旋转时不会均匀旋转的，特别是在刚刚启动时会突然加速，稳定器和井壁在摩擦时会有公扣和母扣的交互作用，快速的旋转就会让稳定器的接触部分短时间内产生高温，高温密封脂会从螺纹间隙溢出，这对稳定器来说会产生螺牙倒扣，从而导致稳定器的失效。另外，在钻具稳定器在一个较高的转速下工作时，强制性的使用公扣进入母口就会导致母口胀开或黏合住，造成稳定器的失效，这种从上紧井下而产生的高扭矩会因胀扣而失效。最后一种情况就是在井下的深入慢慢增加，温度不断阶梯式的降低，而在井下深度为3 000 m时，井下的温度会达到100度，这样的高温下，很多腐蚀性的气体就会更加腐蚀钻具和稳定器，更为严重的是稳定器和井壁高速摩擦所产生的热量如果不能得到很好的传递，稳定器外表温度可达到马氏体相变温度以上，这将严重影响材料的金相组织和物理特性。物理化学的综合影响也是造成稳定器失效的重要原因之一。

2 钻具稳定器失效的应对措施

2.1 优化结构设计

稳定器主体的结构在这里不作讨论，这里主要改善稳定连接螺丝的结构。①降低公扣前几个螺牙的牙高，这样可以降低螺纹轴向应力和周向应力；②在公扣前几个螺牙的非承载面，一边切削掉部分材料使之更易弹性变形减小载荷，但这并不会改变螺纹的互换性；③改变螺纹锥度，因为不论是周向载荷还是轴向载荷，螺纹第一扣所承担的载荷相对于锥度有一个最小值，所以选用最优的螺纹锥度也是降低载荷可行措施。

2.2 改进钻具稳定器的材质

针对上述稳定器的失效主要原因，就应从钻具稳定器的材质入手。稳定器的外观是决定稳定寿命最重要的因素，因此提高耐磨度非常重要。通常采用在稳定器镍基合金中加入适量的WC。这样稳定器在耐磨性和抗腐蚀能力方面会得到很大程度的提高。需要注意的是要严格控制WC的量，WC过少达不到预定的效果，WC過多镶嵌性不好易脱落。

2.3 采取合理的方法改善稳定器的工作环境

将钻井液的pH值保持在10或10以上可以有效防止氧溶解于钻井液，是预防腐蚀疲劳的主要措施，同时加入除硫剂，尽量消除钻井液中H2S，避免硫化氢应力腐蚀。另外要减少钻井液中颗粒浓度，这个值最好控制在0.5%以下，以减少稳定器受到的磨损。

2.4 加强对稳定器设备的管理

对于钻具稳定器的日常管理具体可从以下几点入手。

（1）加强供货管理，不用不合格的产品，不用质量不高的产品。

（2）存放得当，不引起无所谓的腐蚀，避免腐蚀失效。

（3）加强下井前的检验，避免质量低劣和失效的稳定器下井。

（4）合理的使用稳定器及采用高性能的密封脂。但稳定器的失效并不是某种因素单一作用的结果，而是几种因素的综合表现。因此在生产、运输及使用中要系统考虑，保证每一个环节、每一个过程，那么就能最大程度的降低稳定器的失效率。

2.5 不断创新优化生产工艺

对于钻具稳定器应不断创新强化外表，提高稳定器的耐磨性，螺纹滚化强化螺纹表面可以提高螺纹寿命，提高螺纹抗变形能力同时时会减少毛刺。生产稳定器本体时采用烧结工艺，铸造WC易形成裂纹，同时祼露的WC易崩碎。生产螺纹时用车床加工螺纹比精密铣床所滚铣的螺纹更好，在接头处加工应力减轻槽可使用应力分布均匀。

3 结语

综上所述，钻具稳定器的失效对于钻井工作效率是一种极大的降低，对企业的生产效益来说也是一种很大的影响，对于钻具稳定器的发展还应以增加其性能，改善优化其生产工艺为主，只有这样才能够提高稳定器的使用寿命，此外，对于钻具稳定器的现场使用过程中，应做好提前检查准备，当使用过后应注重后期稳定器的管理，避免不必要的损失和对使用的影响。在实际工作中，应以钻具稳定器的使用规则为己任，不断的加强井下作业生产管理和对设备的管理，只有这样才能够提高工作效率，减少设备的损耗，为企业带来更大的经济效益。

参考文献

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