气体钻井钻具损坏原因及控制措施研究

【技术论坛】钻具失效分析及预防钻井过程中，钻具除了受到拉力外，还要受到交替变化的弯曲应力，由于地层变化、转盘旋转等引起的横向振动和扭转振动的周期变化的干扰力，接触的介质是具有一定腐蚀性的钻井液，这些因素加速了钻具的失效。

钻具失效除了造成钻具损失外，打捞作业和停止钻进损失更大，甚至会造成进尺报废。

人们着手分析钻具失效问题，加强对钻具的使用、检测与管理，以减轻这一问题的影响。

钻杆失效类型主要有过量变形、刺穿或断裂及表面损伤。

过量变形是由于工作应力超过材料屈服极限引起；刺穿或断裂在钻柱失效事故中所占的比例较大，主要由于应力腐蚀、疲劳和腐蚀疲劳等原因造成。

表面损伤主要有腐蚀、磨损和机械损伤。

经中石油管材研究中心调查发现，70%的事故是由钻杆内加厚过渡区部位刺穿或断裂引起的。

从表面看，钻杆内加厚过渡区部位的失效有3种表现形式，即裂纹、刺穿和断裂，但实质上都是同一种失效。

钻杆被刺穿是因为泥浆在高压作用下穿过裂纹的缝隙，由于泥浆穿过这种缝隙时的高速流动，进一步扩大了该裂纹，并使之变成孔洞。

因此，刺穿的先决条件是已存在裂纹，多处刺穿孔洞连成一片，大幅度降低了钻杆的承载能力而导致断裂。

钻杆外壁的腐蚀较轻并且均匀，而钻杆内壁表面的腐蚀很不均匀，内加厚过渡区与管体交界处的腐蚀较严重，有许多点蚀坑，而裂纹正起源于这些点蚀坑底部。

有内涂层的钻具内壁腐蚀会减轻很多，但内加厚过渡区与管体交界处的内涂层易被冲蚀。

钻杆内壁的腐蚀以点蚀为主，钻杆出井时其内壁不可避免地残留有泥浆或井下腐蚀介质，如果在存放前未及时冲洗，会使钻杆内涂层剥落的部位产生点蚀，因腐蚀环境是开路系统，能充分吸收空气中的氧气而使腐蚀加速。

在以后的钻井过程中，在点蚀坑底部这个应力集中的地方产生初始裂纹。

钻杆管体腐蚀疲劳裂纹均起源于内壁的点蚀坑，其破坏过程：点蚀坑产生——裂纹萌生——扩展——刺穿。

应力腐蚀破裂是金属在拉应力（外加应力或残留应力）和腐蚀介质的共同作用下引起的一种破坏形式（如氢脆）。

钻具失效分析及预防措施研究摘要：在钻井作业过程中，井下钻具的工作环境十分恶劣，要在高温高压环境下承受各种应变载荷和剧烈碰撞，同时要受到钻井液的冲刷和腐蚀。

当钻具在井下出现刺漏、断裂等失效问题后，轻者需要起钻更换钻具，重者会因为钻具断裂导致停钻打捞落鱼，对钻井施工造成严重损失。

因此对钻具失效原因进行系统分析并给出应对策略，对降低井下事故发生概率、提高油气田开发效率具有重要意义。

关键词：钻具；失效；预防措施油气田勘探开发过程中钻具受力状态十分复杂，所以其失效形式也多种多样。

在钻井作业中，井身结构复杂，作业工序繁杂，钻柱在井下运动，除了自转还有公转，受力有静载荷也有动载荷，还有拉、压、弯、扭等力，又有司钻操作或打捞震击等复杂工艺引起的冲击力。

在井下运转过程中还受到腐蚀、磨损、温度及压力的影响。

钻具在存放过程中，受到潮湿气候的锈蚀等。

钻具失效几率高。

分析钻具的使用情况，失效形式有如下几种：疲劳失效、磨损失效、腐蚀疲劳失效。

一、钻具失效的主要原因钻具失效往往是由于多种原因共同作用造成。

据统计，钻铤和钻杆是最易发生失效的部位，因钻具自身质量问题造成的失效比例是12.8%，因现场使用不当造成的失效比例为32.2%；因井下工作环境造成的失效比例是52%；由于运输、保存原因造成的失效比例是3%。

1、钻具自身材质因素。

对钻具失效的统计分析表明，生产过程中使用的原料材质品质较差、生产工艺不达标和产品尺寸偏差大，是导致钻具失效的主要原因，主要表现在：①钻杆加厚部位的结构存在问题；②钻杆、钻铤等钻具间的转换接头质量差；③螺纹加工标准低，在应力集中作用下发生问题，导致应力损伤；④钻柱强度不达标。

2、环境因素。

造成钻柱失效的最主要的环境因素是钻井液腐蚀，钻井液的含砂量、pH 值、润滑性、流态、温度等均对钻柱失效有着直接或间接的影响。

钻井液对钻柱的腐蚀性排序为：充气盐水钻井液>盐水钻井液、低pH钻井液>高pH钻井液>油基钻井液。

钻具失效与预防措施【摘要】钻具失效类别以钻杆、钻铤、转换接头为主，这主要是由钻具的结构组合和钻具本身的结构特点以及钻具在井内工作的受力特性所决定的。

钻具失效类型以螺纹断裂、刺漏和本体断裂、刺漏为主，这与钻具的工况和钻具先裂后刺再失效的失效机理相稳合。

钻具失效的形式多种多样，概括起来主要有过量变形、钻具断裂、钻具刺漏、表面损伤、钻具螺纹失效、钻具偏磨等等，并且这几种失效形式常常同时存在相互交织在一起。

【关键词】钻具；失效；预防措施1 影响钻具失效的主要因素引起钻具失效的原因往往不是单一的，而是几方面原因综合作用的结果，如钻具的使用工况和环境，钻具质量，使用者的操作以及钻具的机械损伤等。

1.1 产品自身质量失效分析表明，大部分失效事故与钻具质量有关。

比较突出的有以下几个问题：（1）钻杆内加厚过渡区结构不合理。

失效分析和试验研究已证实，内加厚过渡区结构不合理（太短，R太小）是钻杆在该部位失效的主要原因。

合理结构的条件为：≥100mm ，R≥300mm。

（2）钻杆接头、钻铤、转换接头韧性差。

（3）螺纹加工质量差及加工精度差。

如螺纹根部圆角半径过小，不符合API 标准要求，导致严重的应力集中。

（4）强度指标不合格。

（5）喷焊热裂及钻杆摩擦对焊（修复）工艺不当。

（6）钻杆接头选型不当。

1.2 环境因素（1）钻井液。

钻井液种类、pH值、固相含量、流速、温度和扰动情况等都对钻具失效有不同程度的影响。

（2）腐蚀介质。

由于钻井液循环系统不是密封的，大气中氧气会通过泥浆池、泥浆泵等设备在钻井液的循环过程中混入钻井液成为游离氧，当泥浆中含有一定量的溶解氧时，就会对钻具表面造成腐蚀。

来源于地层或由于泥浆中一些含硫有机添加剂高温分解和泥浆中硫酸盐还原菌的新陈代谢产生的H2S还会导致钻杆的氢致应力腐蚀断裂。

（3）温度对钻具失效也存在着不可忽视的影响。

1）由于环境温度过低，材料的冲击力值严重下降，易引起冷脆断裂。

2）随着井下温度的升高，腐蚀速度将加快，另外某些钻井液处理剂在高温下会分解，产生H2S、CO2、O2等，加快了对钻具的腐蚀。

关于气体钻井中断钻具问题的讨论在气体钻井中，除了井斜，井壁不稳定，地层出水问题外，一个越来越严峻的问题，即钻具时效甚至断裂。

在大庆的十多口气体钻井中，光钻具断钻具问题就有四口井。

所断钻具主要为：减震器、加重钻杆等。

所以建议大家讨论一下断钻具的原因，以及有没有什么预防措施。

v个人认为：一是气体钻井中钻具与井壁接触导致钻具磨损。

二是钻具在井内的受力情况对钻具的疲劳损伤，特别是中和点附近。

三是气体对环空内钻具与井壁摩擦生的热不能足以冷却，加速疲劳损坏。

四是井筒里没有钻井液的填充，钻具震动严重。

五是岩屑对钻具的冲刷以及大块岩屑的重复破碎所造成的磨损。

六是出水后的粘卡钻具在井内的受力情况对钻具的疲劳损伤；岩屑对钻具的冲刷以及大块岩屑的重复破碎所造成的磨损；卡钻处理。

预防：加强钻具检测，钻进时选择合理参数。

钻具在钻井过程中受力比较复杂，当受力达到疲劳界限，容易出现断脱。

主要受力情况如下：1、起下钻时，由于自重，钻柱承受轴向拉力，其值越接近井口越大。

2、在正常钻井过程中，下部钻柱承受轴向压力。

3、钻盘钻井时钻柱处于旋转状态，承受扭矩和离心力。

在轴向压力和离心力的共同作用下，钻柱发生弯曲。

4、弯曲的钻柱在钻井过程旋转便产生了交变应力。

5、在井眼偏斜、方位变化大的情况下，钻柱承受的交变应力很大。

6、钻柱承受强烈的振动。

7、钻柱外壁受套管或井壁的摩擦。

8、起下钻作业中的猛提猛刹，产生较大的冲击载荷，容易使钻柱瞬时超载。

9、温度、井下压力、氢脆也不可忽视。

本人认为：气体钻井条件下钻具失效的主要诱因是振动、涡动引起的疲劳破坏（交变应力是发生钻具失效的力学原因）；地层出水、出气时的腐蚀作用加剧了事故的发生频率。

建议采用以下方法预防：1 优化钻具组合，尽量使用光钻铤钻具组合；2 使用新钻杆和钻铤，加强钻具检测；3 使用合适的钻进参数，钻压不要超过12吨，转速不要超过80关于这个问题，是每个油田开始上空钻时都要走的过程，算是交学费不要着急，认真总结经验一定要在优化钻具组合上下功夫这是问题的关键加强钻具损伤检测，否则影响犯错误的水平呵呵据我所知多年前青西、新疆、四川气体钻井中钻具失效多次中石化在2007年某工区气体钻井中70%的井钻具失效现在大庆是40% 一而再再而三地发生很值的思考。

气体钻井腐蚀规律与钻具失效分析
气体钻井以其诸多优点得到了迅速发展,同时施工中也出现了一些问题。

气体钻井过程中,钻具常常遭受地层流体的侵蚀,井下流体多为气(空气、CO2、H2S 等)、液(地层水)、固(钻屑)多相流体,其腐蚀性很强,再加上钻屑的冲蚀磨损,使得钻具的寿命大大缩短。

为了提高经济效益,降低钻井成本就必须对气体钻井腐蚀／冲蚀影响因素和腐蚀／冲蚀机理作深入研究。

论文的主要研究内容如下：(1)用高温高压视窗反应釜模拟气体钻井过程中的腐蚀环境,采用挂片失重法分别研究了空气钻井、空气泡沫钻井的腐蚀行为。

应用扫描电镜、能谱分析、X衍射等表面分析方法,对空气钻井、空气泡沫钻井的腐蚀机理作了深入分析。

(2)对气体钻井中气体携岩冲蚀作了理论分析,并采用流体动力学软件CFD对气体钻井中气体冲蚀钻杆内壁、气体携岩冲蚀钻杆和排砂管线进行了模拟分析。

分析结果表明：无刺孔的钻杆接头内,流场的变化不是影响钻杆本体刺漏的主要因素,只有当钻杆内产生腐蚀坑后,才变为主要因素之一；气体钻井中,钻杆冲蚀速率最大的位置在钻杆母接头的斜坡处；气体携岩对排砂管线的冲蚀速率随排砂管线的弯角增大而增大。

(3)综述了油气田开发中典型的C02腐蚀预测模型。

在M井现场用自制的腐蚀监测装置进行了腐蚀监测实验,对腐蚀产物形貌和成分进行了分析,计算了腐蚀速率,并与C02腐蚀预测模型计算出的腐蚀速率进行比较,发现实际腐蚀速率比预测腐蚀速率要高。

(4)应用扫描电镜、能谱分析、X衍射等表面分析方法对气体钻井腐蚀疲劳失效作了深入探讨,并结合气体钻井的腐蚀行为和腐蚀机理研究提出了气体钻井腐蚀预防措施,为科学防腐提供了依
据。

深井钻具失效原因分析与预防【摘要】钻具服役条件恶劣，是钻井设备工具的一个薄弱环节，特别是在深井、超深井及复杂地质环境下钻井，钻具失效事故时有发生。

如果不加以预防及处理就可能造成钻井周期延长，钻井效率下降，从而造成经济上的巨大损失。

本论文首先从理论的角度总结深井钻具失效的机理，提出预防深井钻具失效的措施，对于提高深井钻井速度，降低钻井成本有重要意义。

【关键词】深井钻具失效疲劳寿命深井钻具失效是钻井过程中的常发事故。

如果不加以预防及处理就可能造成钻井周期延长，钻井效率下降，进而造成经济上的巨大损失。

因此，提高钻具本身质量，加强钻具管理，及时发现和消除深井钻具的不安全因素，找出深井钻具失效事故发生的规律，有针对性地采取相应措施，进而有效的控制各类钻具失效事故的发生，具有重要意义。

1 选题背景（1）随着现代工业的快速发展，当今社会对石油资源的需求越来越大。

伴随着浅部油气层的长期开采，各大主力油田现大多进入了开发的后中期，浅层勘探很难发现大型的油气资源，因此，在今后的油气勘探中，深井和超深井将成为国内外各大油气田增产上储的主要手段。

钻具失效在石油钻井界是普遍存在的。

（2）在深井、超深井钻井过程中，钻具的受力状况和井下环境异常恶劣，处在内、外充满钻井液的狭长井眼里工作，通常承受压、弯、扭力等载荷，钻具在井下的运动是一个复杂的动力学系统。

在钻井过程中，钻具主要的运动是旋转向下的运动，同时还总伴随着各种振动。

在钻井过程中钻具在任何部位断裂都会造成严重的后果，甚至使井报废。

2 失效机理2.1 经过多年来井下钻具失效事故的资料累积以及实验研究钻井工作者对钻具失效事故的原因已经有了统一的认识，公认绝大多数的钻具失效都是疲劳而引起的。

疲劳极限与应力集中有明显的关系，凡产生应力集中的各种因素，均使疲劳极限降低。

在钻具组件中连接螺纹是引起应力集中的最直接、最关键的因素，导致钻具的疲劳破坏的一个关键因素是由于钻具的连接螺纹部位的交变弯曲应力中。

空气钻井钻具失效及预防李玉民李飞李忠民（中原石油勘探局钻井管具工程处）摘要：空气钻井技术在普光气田成功应用基本解决了钻井速度慢、工期长等问题。

但钻具的失效情况比泥浆钻井高出很多，平均每口井钻铤有伤达30-45根/次，有伤需切头修扣，造成钻铤使用寿命大大降低，平均每口井钻具的修复率40%。

针对普光气田开发中应用空气钻井技术造成钻具损坏的主要形式有磨损、疲劳破坏、过载拉断和腐蚀并分析其原因，制定了预防措施。

关键词：空气钻井钻具失效预防作者:李玉民,1989年毕业于西南石油学院,高级工程师。

一、概述近年来的钻探实践表明，空气钻井技术在普光气田成功应用基本解决了钻井速度慢、工期长等问题。

普光气田通过钻井实践，经过多次科学论证，认为陆相地层从上沙溪庙到自流井地层压力系数低，井壁稳定情况相对较好，地层出水可能性小，基本不含硫化氢，地层含天然气较少，适宜于空气钻井。

截止2006年底，普光气田已完成D-1井、普光2-2井、普光4-2井等10口空气钻井施工。

一开应用空气冲击钻进技术，5-6天即可用1只钻头顺利钻完，平均机械钻速达到7.7m/h，是泥浆钻井的 2.6倍，钻井周期缩短10-20天。

二开钻进，选用空气冲击钻进技术，钻进到3100m左右井段（须家河组以上），约16天，较泥浆钻井缩短钻井周期60-90天，平均机械钻速达到12.7m/h，是泥浆钻井的8倍。

但随之而来的问题是钻具的失效情况比泥浆钻井高出很多。

平均每口井钻铤有伤达30-45根/次，有伤需切头修扣，造成钻铤使用寿命大大降低。

平均每口井钻具的修复率40%。

二、钻具损坏情况空气钻井造成的钻具损坏情况见表1、表2。

表1 普光空气钻井钻具事故统计表2 部分空气钻井断钻具事故描述三、钻具损坏原因分析在空气钻井中钻具损坏的主要形式是磨损、断裂和腐蚀。

空气钻井对钻具的磨损比常规钻具的磨损要大。

钻具断裂多为疲劳裂纹的扩展引起的疲劳断裂；其次是拉伸过载。

因此钻具比较薄弱的环节为钻铤螺纹、加重钻杆螺纹及耐磨带敷焊处、钻杆过渡带及管体。

气体钻井施工存在问题及对策措施探究【摘要】随着社会经济的发展和科学技术的进步，使得世界能源的消耗总量不断的增加，市场能源的供需矛盾不断的激化。

因而如何提升油气田的开采工艺技术的科技含量与油田实际的开采水平越来越备受关注，引发了许多人对这一技术领域的研究与探讨。

而油气田的钻井作业目前也被纳入了高投入的行业，随着开采规模的扩大，钻井技术存在的问题越来越明显，尤其是气体钻井技术造成了钻井施工难度的增加，严重影响了油气田开发的进程。

给整个油气田的生产带来严重的影响，影响了整个采油企业的社会经济效益的提高和企业的形象的建立。

气体钻井的实际应用情况如何，其存在的问题有哪些，如何采取有效的措施来避免和解决存在的这些难题。

通过对实际的生产情况进行分析，在分析的基础上对症下药，从而有效地解决问题。

以期了解气体钻井的现状及存在的问题，通过掌握气体钻井解决的有效措施为实际中的油气田的钻井开采提供借鉴和指导，有效提高钻井施工的质量，提高企业的社会经济效益，促进钻井技术的整体水平。

【关键词】气体钻井施工问题对策措施1 简析气体钻井技术在东北地区的应用中存在的问题东北油区图深1井在中、新生代经历了一系列的裂阳演变。

东北油区属海西稻皱区，中国东部在中生代时期的构迭格局发生了重大变化，早期近东西向构造格局被近北东向隆起一拗陷带所代掉，分阶段发生了陆内裂陷作用。

由于分出的两个裂陷旋回，各有若干阶段，造成多种伸展构造。

东北油区经历的复杂构进演化可追溯到前寒武纪，由于地壳内外力的作用，使得大陆表层开裂，形成了各种类型的陆内仰展构造。

在演变过程中其还受到了与消减作用相连系的挤压变形作用和岩浆作用的影响，使得图深1井伸展在钙碱性火山岩活动期上形成的白吐纪。

东北油区图深1井位于长岭断陷达尔罕断凸带北端前训字井圈闭内，井位坐标纵向为4957902m，横向为21560699m，井型为直井，气体钻井井段为2500～3500米，设计井深为4500m，主要目的层位登娄库组和营城组，遵循着进入营城组580m，钻达设计井深但未钻达设计的主要目的层位，或钻达设计井深地层仍有良好油气显示，通过讨论来确定完钻井深；若中途测试获高产油气流，通过上级部门批准后可提前完钻。

论钻具失效的原因及使用探讨作者：李亭李茂国宋广涛来源：《企业文化·中旬刊》2013年第02期摘要：本文描述了钻具失效的形式，分析了钻具失效原因，并提出了相应的管理使用措施和建议。

关键词：钻具失效形式失效原因管理使用钻具失效主要是指钻具完全不能使用或仍然可以使用但达不到令人满意的功能或受到严重损伤不能可靠而安全地继续使用，必须修理或更换。

由于钻具失效而导致的钻井事故频繁发生，严重影响了钻井速度的提高，处理这些事故耗费了大量的人力、物力和财力，造成了巨大的经济损失，因此有必要对钻具失效进行大量调研和相关的分析研究，找出钻具失效的主要原因，从而采取相应的管理措施，提高钻具使用寿命，解决和预防井下钻具失效，提高深井钻井速度，进而提高整体钻进效率和技术水平。

一、钻具失效的形式钻具失效的形式多种多样，概括起来主要有以下三类，并且这几种失效形式常常同时存在并交互作用。

（一）过量变形钻柱接头在受载情况下螺纹部分的伸长；钻柱本体超过极限的弯曲及扭转。

（二）断裂断裂在钻柱事故中占的比例较大，危害也较严重。

主要包括以下几种：1.过载断裂。

如钻杆遇卡提升时焊缝热影响区的断裂；顿钻时的钻柱体折断。

2.低应力脆断。

在整个钻具失效中占相当大的比例。

钻杆、钻铤和转换接头处均有发生，如钻杆焊缝的脆性断裂、钻铤和转换接头螺纹部位的脆性断裂。

这种断裂的原因是疲劳损伤。

其显著特点是，在突然断裂前没有宏观前兆，一般测量手段查不出来，在不知不觉中造成灾难性事故。

所以低应力脆断是最危险的断裂方式之一。

3.应力腐蚀断裂。

是钻具失效的常见形式。

如钻具在含硫油气井中工作时的硫化物应力腐蚀断裂；钻杆接触某些腐蚀介质（如盐酸、氯化物类）时的应力腐蚀开裂。

4.氢脆断裂。

当金属中存在过多的氢时，在拉应力作用下可使材料发生氢脆。

实际上，由硫化氢和盐酸引起的钻具应力腐蚀断裂也是由于氢的作用造成的。

5.疲劳断裂。

失效主要发生在中和点附近，在这个位置要反复承受交变应力的影响，且钻具公母扣的根部也是钻具应力集中点，易发生疲劳失效。

钻具螺纹的损坏分析及预防措施发表时间：2020-12-22T08:08:42.852Z 来源：《建筑细部》2020年第25期作者：刘春亮王秋王凯韩莹颖王月[导读] 在石油勘探开发力度不断增加的现状之下，复杂井和水平井的钻探工作量逐年呈上升的趋势，随之而来的是钻具螺纹损坏事故的出现。

黑龙江景宏石油设备制造有限公司黑龙江省齐齐哈尔市 161005摘要：在石油勘探开发力度不断增加的现状之下，复杂井和水平井的钻探工作量逐年呈上升的趋势，随之而来的是钻具螺纹损坏事故的出现。

一旦钻具的螺纹受损，就会影响到钻井作业的正常开展，延长钻井工期，从而带来经济损耗。

和直井相比，水平井中的螺纹受力情况更加复杂，特别是在不同的旋转钻进和滑动钻进情况下，会加剧螺纹的损坏程度。

鉴于此，本文基于钻具螺纹的损坏分析，探讨了影响钻具螺纹疲劳破坏的主要因素，在此基础之上提出了钻具螺纹的损害预防措施，希望能够为相关工作起到参考作用。

关键词：螺纹；疲劳；破坏；措施1.钻具螺纹疲劳破坏分析由于受到多次重复荷载作用的影响，金属材料被破坏，将这种现象称之为疲劳破坏。

疲劳破坏的形成来自三个阶段，即疲劳破坏现象的萌生阶段、扩展阶段以及疲劳断裂阶段。

钻具在受到荷载的作用力下多次表现出重复的变化为疲劳破坏的主要特征。

一旦钻具材料持续交变，当荷载超出某一数值的情况下就会产生疲劳破坏，将这个数值称之为材料的疲劳极限或是持久极限。

钻柱的工作条件比较恶劣，不仅需要承受钻具振动和涡动引起的瞬时巨大冲击荷载，同时还要承受由交变荷载引起的应力变化[1]。

除此之外，井壁磨损以及钻井液腐蚀等因素也会对钻柱产生很大的影响，井壁腐蚀、磨损以及疲劳破坏等都是钻柱失效的主要形式，其中，最为严重的是疲劳破损，这种现象通常出现了钻杆接头以及螺纹位置。

2.影响钻具螺纹疲劳破坏的主要因素2.1材料质量对螺纹疲劳破坏的影响可能对材料机械性能产生影响的因素主要有材料的金相组织以及化学成分等。

基金项目：中国石化应用基础研究项目“气体钻井钻具损坏规律及工艺参数优化研究”（编号：ｐ０７０４３）。

作者简介：黄志强，１９６８年生，教授，博士；１９９０年毕业于原西南石油学院机械专业；从事石油天然气钻采装备和冲旋钻井装备及工艺和设备表面工程的研究工作。

地址：（６１０５００）四川省成都市新都区西南石油大学设备处。

电话：（０２８）８３０３２１４８。

Ｅ‐ｍａｉｌ：ｈｕａｎｇｚｑ＠ｓｗｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ普光高含硫气田气体钻井钻具断裂损坏机理黄志强１　黄继亮１　李琴１　宋嘉宁１　杨凤申２　徐晓蓉３　魏武４　许期聪４１．西南石油大学机电工程学院　２．中国石油东方地球物理勘探有限责任公司３．中国石化胜利油田分公司鲁明石油开发有限责任公司　４．中国石油天然气集团公司川庆钻探工程公司 黄志强等．普光高含硫气田气体钻井钻具断裂损坏机理．天然气工业，２０１０，３０（２）：７５‐７７． 摘　要　针对普光气田气体钻井过程中存在的钻具断裂频繁的问题，在对现场事故统计分析的基础上，从特殊的钻井介质、不同的破岩方式以及钻井过程中钻柱共振等方面定性分析了钻具断裂的原因；通过对钻具断口宏观、微观及材质分析，找到了钻具断裂失效的规律和主要形式———疲劳断裂。

提出以下建议：①结合气体钻井情况，研制适合气体钻井工况的专用钻具，制定符合气体钻井钻具的新的ＡＰＩ标准；②开展牙轮钻井条件下，钻柱纵振对钻具疲劳断裂的量化影响，尤其应考虑不同钻压下钻柱纵振对钻具疲劳断裂的作用机理研究。

以期为预防气体钻井钻具断裂、降低钻井成本、推广应用气体钻井技术提供理论依据。

关键词　深井　超深井　气体钻井　钻具断裂　疲劳断裂　机理 ＤＯＩ：１０．３７８７／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００‐０９７６．２０１０．０２．０１９０　引言 气体钻井是在钻井过程中以压缩气体作为循环介质来实现钻进的欠平衡钻井技术，最初探索于２０世纪５０年代，受配套技术与装备的限制，该技术一度被搁置，直到２０世纪９０年代，气体钻井技术才真正开始起步和发展［１‐２］。

气体钻井过程中钻杆冲蚀影响因素及对策探讨发布时间：2021-06-10T11:05:08.963Z 来源：《中国科技信息》2021年7月作者：袁丹丹[导读] 气体钻井技术在保护储层和提高钻速方面的优势较大，近年来得到了大量应用，不过也出现了很多断钻具的事故，造成了严重的经济损失。

影响气体钻井钻具失效的主要原因是气固两相流的严重冲蚀作用和钻柱剧烈振动而发生快速疲劳破坏。

本文分析了气体钻井过程中影响钻杆冲蚀的主要因素和预防钻杆冲蚀的对策。

中石化中原石油工程有限公司管具公司袁丹丹摘要：气体钻井技术在保护储层和提高钻速方面的优势较大，近年来得到了大量应用，不过也出现了很多断钻具的事故，造成了严重的经济损失。

影响气体钻井钻具失效的主要原因是气固两相流的严重冲蚀作用和钻柱剧烈振动而发生快速疲劳破坏。

本文分析了气体钻井过程中影响钻杆冲蚀的主要因素和预防钻杆冲蚀的对策。

关键词：气体钻井；钻杆磨损；原因；对策气体钻井就是采用气体作为携沙介质，取代泥浆钻井，能够大幅提高钻进速度。

气体钻井主要用于非储层钻进，其机械钻进速度能够比常规泥浆钻进速度提高2-8倍，是低油价时代重要的降本技术。

气体钻井过程中气、固两相流对钻杆冲蚀作用极强，造成钻井风险大幅提高，可能造成不可估量的后果。

二、气体钻井过程中钻杆冲蚀影响因素1.钻杆偏心程度的影响在气体钻井过程中，由于气体不同于泥浆，钻杆会在井筒内随机波动，即钻杆位置不是固定的，会与中心位置发生偏离，偏离程度我们用偏心度来度量。

偏心度不同，气-固流体对钻杆的冲蚀速率不同。

由于钻杆偏离中心，必然导致钻杆距井筒两边距离不一样，距离较小的一端称为窄流道，距离较大的一端称为宽流道。

经过模拟可知，当偏心度为0.1、0.3、0.5、0.8时，其宽流道的冲蚀速率分别为1.9×10-1kg/(m2·s)、1.2×10-1kg/(m2.s)、0.8×10-1kg/(m2.s)、和0.5×10-1kg/(m2·s)。

钻具事故的处理钻具事故发生的原因1．疲劳破坏。

这是钻具事故发生最主要的原因之一。

钻具在使用中承受拉伸、压缩、弯曲、剪切等复杂应力，而且在某些区域还产生频繁的交变应力，当这种应力达到足够的强度和足够的交变次数时，便产生疲劳破坏。

临界转速引起的震动，钻进时蹩、跳钻产生的纵向、横向震动，钻具在弯曲的井眼中转动产生的拉、压交变应力等都易使钻具发生疲劳破坏。

疲劳破坏形成的裂纹方向与应力方向垂直，故钻具疲劳破坏的断面是圆周方向的。

2．腐蚀破坏可以说是无处不在，主要是氧气腐蚀、二氧化碳腐蚀、硫化氢腐蚀、溶解盐腐蚀（钻井液PH值越低，腐蚀越严重；温度越高，溶解盐浓度越大，钻井液流速越高，腐蚀越快）、各种酸类腐蚀、电化学腐蚀、细菌腐蚀等。

钻具无论在存储或是入井工作中都会产生腐蚀，有时几种腐蚀同时发生。

由于腐蚀使管壁变薄，产生表面凹痕，甚至使钢材变质，降低了钻具的使用寿命和价值。

3．钻具在制造中产生的隐患。

主要是钻具在轧制过程中形成的缺陷，调质过程中发生的结晶组织变化，公母螺纹的临界断面模数配合不合理，钻杆加厚过渡带几何形状设计不合理等。

由于这些制造原因，往往造成钻具早期损坏。

4．使用不合理造成的破坏。

处理井下复杂、事故时，大吨位提拉、下放、扭转，使钻具产生变形，拉细、拉长。

运输及使用中造成的伤痕，如卡瓦、钳牙、碰撞、砸等造成的伤痕，上扣不紧，钻进中转盘扭矩过大，长期高速转动钻具，钻具长期使用不进行错扣检查、释放应力，也不倒换位置，不定期进行探伤、回厂检查保养和修理等。

在特殊作业时，对钻具保护不力（如注酸时，防护措施执行不力；含硫化氢油气田钻井时，未采取钻具保护措施等）造成的钻具破坏。

5．把不同钢级、壁厚的钻具混合在一起使用，也容易发生钻具破坏。

6．事故破坏。

顿钻、单吊环起钻拉断钻具，处理井下复杂、事故时，因超限提拉、扭转，将钻具拉断、扭断，造成钻具落井；钻具刺漏未及时发现，导致钻具落井。

违反操作规程、违章操作造成钻具落井，如：提升短节未用大钳紧扣，钻铤或井下工具在井口上扣时提升短节倒扣又未及时发现，造成钻具或井下工具落井；吊卡未扣好造成钻具落井；起下钻铤、无台肩井下工具时未加安全卡瓦或安全卡瓦未卡紧，造成钻具落井等。