油田钻具失效原因分析及控制措施研究

朱天胜

摘 要：钻具属于钻柱的组成部分之一，它的功能十分重要，其它部位不可替代，科学合理的钻具组合设计可以为油田钻井过程中提供良好的传输动力，规范使用钻具可以让钻井工作的效率大幅度提高，可以在保证质量的前提下尽快完工，以减少钻井成本。钻具的维护保养也需要科学认真，这样可以有效降低钻具失效机率，增加钻具的使用年限。

关键词：油田钻井;钻具;失效分析;控制措施

1 钻具失效的主要类型

1.1 钻具断裂

1.1.1 疲劳断裂

钻具疲劳断裂的主要原因是因为其螺纹发生断裂，这是因为螺纹和钻具相比，它的刚度较小，在应力的影响下，螺纹截面有一部分的应力较为集中，这也是实效最多之处，也就在螺纹的最后几扣。

1.1.2 过载断裂

过载断裂的主要原因是因为在钻井过程中遇到阻碍或者憋钻现象，这是施工人员采取强拉、强扭、强压的处理方式，这是作用力超过钻杆的承受极限，导致在钻杆的摩擦对焊处发生断裂。钻杆焊接之处截面变化，这里很容易受到泥浆的腐蚀，并且在焊接过程中，热处理不当会导致焊接处的强度下降，在负荷力较大时，此处的应力十分集中，以致于发生断裂。

1.1.3 低应力脆断

钻具进行油田钻井是一个长时间的过程，它会受到反复的荷载力，虽然在此过程中钻具承受的应力并没有达到其很能承受的极限，但是钻具的材质或者施工工艺没有按照标准完成，这样也会导致钻具发生脆断。

1.1.4 氢脆断裂

油田井中含有大量的硫化氢物质，钻具就是在这样的环境下施工。因为钻具的原材料是钢材，它会与氢原子发生反应，在应力作用下，会发生氢脆断裂现象，不同钢材在硫化氢环境中的表现也有着不同。

1.2 钻具表面损伤

1.2.1 表面腐蚀

缝隙腐蚀、均匀腐蚀均属于表面腐蚀的一种，在发生卡钻现象，通过使用泡酸實现解卡，导致出现酸腐蚀或者钻具受到钻井液腐蚀等都属于表面腐蚀的表现。

1.2.2 表面磨损

表面磨损主要发生的部位在钻具螺纹之上，螺纹上扣之时，需要通过旋合才能完成，这时就会发生磨损，或者是施工过程中，钻杆和井壁之间的磨损都属于表面磨损。

1.2.3 表面机械损伤

钻具因施工过程中发生碰伤或者是大钳、卡瓦被咬伤等都属于机械损伤，在进行钻具焊接或火烧之时，有可能导致钻的性能发生一定的变化，这也属于机械损伤。

2 钻具失效原因分析

2.1 钻具本体应力累积

油田钻井是一个长时间的过程，钻柱会受到重复应力循环，长时间的累计导致出现永久性的损伤，钻柱屈曲或者旋转都会导致出现应力循环现象，当钻柱处于交变应力时，钻柱应力集中之处会出现累积疲劳损伤，导致产生疲劳裂纹，当交变应力持续时间过长，裂纹会逐渐扩大，直接导致钻柱发生失效。

2.2 钻具螺纹上扣扭矩探讨

钻杆螺纹上扣旋合需要合理，扭矩合理上紧，这样可以减少螺纹及接头的损坏。根据钻井手册上的相关规定，扭矩上紧的程度不能小于推荐值的90%，不然会因为连接不紧而导致螺纹纹面磨损，而且还会因为载荷力的作用，扭矩自动上紧而让其上紧扭矩的程度超过规定值，导致螺纹胀大，并且螺纹还会承受附加曲力。

2.3 浅层全角变化率

油田钻井过程中，钻柱所受到的力主要有弯曲力、轴向力、震动力、挤压力、摆振力以及离心力等。

3 预防钻具失效的措施探讨

3.1 严格执行钻具使用规定

①螺纹上扣旋合严格按照规定;大钳、双钳咬住之处需要按照规定，并且不能仅使用单吊钳紧扣和卸扣，这样可以减少因为钻杆打滑导致的表面损伤;②起下钻时，需要仔细做好检查，保证管体没有刺漏;③钻具使用时间过长，需要通过错位起钻防止钻具螺纹磨损严重;④甩钻具时，需要做好养护工作，用淡水清洗;⑤需要对返回的钻具进行检查，并且进行检修，检修过程中认真记录下数据，并存入档案

3.2 优化钻井轨迹

在正式进行钻井施工之前，施工人员需要根据设计完成的轨迹进行受力模拟，这样就可以发生钻具侧向力较为集中之处，这样就可以根据此及时进行调整此处的全角变化率，让受力的分布不在过于集中，这样就可以有效的降低因为侧向摩擦导致钻具出现损坏的机率，进而增加钻井的效率。

3.3 强化钻井参数监控

进行油田钻井施工，需要施工人员对钻井上方和井下进行监控，通过这样的方式可以对钻具的运行进行把控。当转速达到临界值，会发生钻柱共振现象，导致钻杆弯曲磨损。当转速在临界值之内，这时钻柱振动加剧，但是这样可以通过改变转速和钻压减小钻柱振动的程度。

4 结语

通过对实际的油气田钻井进行分析，研究钻具刺漏发生的主要原因，发现导致该事故发生的原因十分的复杂，多种多样，有可能是钻具质量问题，也有可能是受力或者是摩擦等原因，它们相互影响。但是只要可以仔细认真的做好对每一个细节的把控，将钻具的所有薄弱之处找出，并及时给出应对措施，这样就能够有效的减少钻具刺漏失效的发生，进而增加钻井的效率，保证钻井作业的安全。

参考文献：

[1]马德新，刘军波，等.长井段大尺寸井眼钻具疲劳失效分析模型建立与应用[J].中国海上油气，2017，29（3）：67-72.