超深井钻具失效计算和研究

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1、超深井钻具失效计算和研究　　摘要：在超深井钻井作业过程中，经常会发生卡钻、井漏、牙轮脱落、钻铤断裂以及井壁失稳等复杂情况。对钻井成本造成很大的损失，并且影响了钻井施工的速度。本文对钻具失效的力学特征进行了计算与分析，提出了深部钻井的施工的注意事项，对今后在超深井钻井施工具有借鉴和指导意义。Abstract：Intheprogressofultra-deepwelldrilling，therearealotofcomplexcases，suchasfreezing，mudloss，conedropping，drillcollarsfracturea

2、ndboreholeinstability.Whichcancausegreatlossesfordrilling，andcanaffectdrillingrate.Inthispaper，themechanicalcharacteristicsofdrillingtoolfailurehavebeencalculatedandanalyzed，theprecautionsofimplementhavebeenproposedintheprogressofultra-deepwelldrilling.Theresultscanhaverefere

3、nceandguidanceforultra-deepdrillinginthefutureultra-deepwelldrilling.关键词：超深井钻井；钻具失效；井壁稳定Keywords：ultradeepwelldrilling；drillingtool6failure；boreholestability中图分类号：TE921文献标识码：A文章编号：1006-4311（2013）20-0107-020引言由于深井钻井工程具有很强的系统性和复杂性，这对钻井技术、操作方法以及钻井工具等各个方面提出了更高的要求。深部地层岩性上软下硬（软硬交互）

4、，容易出现蹩钻、跳钻现象，容易造成钻具失效。钻具失效是导致钻井速度降低的重要原因，特别是在深井钻井中，频繁发生的钻具失效不但会使钻井成本急剧增加，而且会增加钻井施工的成本，严重影响了钻井的工程进度。本文针对目前钻具失效的技术难题，结合国内外深井复杂井钻井技术现状，找出造成复杂情况的原因和机理。将对钻具失效情况进行分析，提出深井钻井过程中的实际工作经验与注意事项。1钻具失效研究6钻具内螺旋开裂以及涨扣、钻具刺漏以及偏磨、钻具断裂等是钻具失效的主要形式。钻具安全性研究对钻井施工成本以及速度具有重要的意义，钻具安全性能研究中最严重的钻具失效形式是钻具断

5、裂，钻具断裂对钻井施工危害极大，尤其是在深井、超深井、大位移井以及水平井的施工作业中，钻具断裂后的打捞以及修复对钻井成本投入极大并且维修作业困难，轻者会延长钻井施工周期增加钻井成本，严重的必须进行填井侧钻甚至整口井将会报废。而钻具断裂的的主要位置一般是钻具的螺纹连接部位，如，稳定器、转换接头、钻铤等井下工具螺纹连接处最后两圈的咬合处。通过实验室对螺纹连接工具的力学测试以及理论分析可知，钻井工具的螺纹啮合处所受到应力并非是平均分布，在螺纹两端的啮合处所受到的等效应力相对较大，螺纹连接部位的等效应力曲线呈现出浴盆曲线特征，见图1所示。在钻井过程中，钻

6、具失效的因素并非只受某一方面影响，而是多项因素综合作用的结果，例如，钻具材料的自身缺陷，特别是存在微裂缝较大时，当钻进过程中钻具达到疲劳极限后，导致钻具的疲劳破坏。在深井作业中，随着井深的不断增加，岩石硬度逐渐增大，造成钻具的震动应力也逐渐提高，易发生钻具震动失效。井眼的不规则以及缩颈等因素引起的钻具在作业中产生较大的弯矩或者扭矩，最终导致钻具失效。使用者操作不当以及钻具之间的机械碰撞也会导致钻具失效。1.1钻铤失效研究在钻铤失效研究分析过程中，从连接处螺纹的断面分析可以得出，螺纹发生破坏疲劳从而导致钻铤的早期失效是钻铤断裂的主要因素。在计算钻铤

7、在钻井液中的浮重时要考虑不同直径的钻铤所受到的静液柱压力的影响，即钻井液的静液柱对不同直径钻铤裸露钻井液中的台阶产生压力，如公式16W=F+G（1）式中：W—最大允许钻压（N）；F—作用在钻铤顶部裸露台阶处的静液柱压力（N）；G—钻铤在空气中的总重量（N）。1.2二开空气钻井钻铤失效研究在二开空气钻井过程中发生的几次钻具失效事故当中，都是塔式结构的钻柱组合或者当中和点位于最后一根钻铤的顶部时，即为钻柱组合允许的最大钻压值。由此可以计算出钻柱组合在发生事故是所能承受的最大钻压：Wmax1=389902N，Wmax2=372885N，Wmax3=37

8、9841N。然后发生的几次事故中钻压都在正常钻压的范围之内，中和点的位置为别为Np1=（27.53-55.06）m，Np2=55.06m