普光高含硫气田气体钻井钻具断裂损坏机理.pdf

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1、第3o卷第2期钻井工程·75·普光高含硫气田气体钻井钻具断裂损坏机理黄志强黄继亮李琴宋嘉宁杨凤申。徐晓蓉。魏武许期聪1．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

2、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D0I：lO．3787／j．issn．1000—0976．2010．02．019但是，在气体钻井现场应用中，钻具断裂频繁，严0引言重地影响了气体钻井优势的充分发挥，成为制约该技气体钻井是在钻井过程中以压缩气体作为循

3、环介术推广应用的瓶颈。为此，对普光气田气体钻井过程质来实现钻进的欠平衡钻井技术，最初探索于20世纪中断钻具情况进行了统计分析，对其断裂损坏机理进5O年代，受配套技术与装备的限制，该技术一度被搁行了研究，以期为预防气体钻井钻具断裂、降低钻井成置，直到20世纪9O年代，气体钻井技术才真正开始起本、推广应用气体钻井技术提供参考。步和发展_1]。相对于钻井液钻井，其优势在于能够大1气体钻井钻具断裂统计分析幅度提高机械钻速，减少或避免井漏、井斜控制等]。鉴于以上优点，近年来，气体钻井技术在我国油气截至2008年8月25日，普光区块实施气体钻井田的应用越来越广泛，尤其在普光气田的应用，取得了共计

4、40口井，其中26口井(占总井数的65)发生钻显著成效(见表1)，已成为加快该气田勘探开发的核具断裂(钻杆、加重钻杆、钻铤、空气锤钻头)53起(见心钻井技术，应用前景良好。表2)，平均每口井发生断钻具2次；其中，P305—2井发表1气体钻井与钻井液钻井在普光气田的应用对比情况表表2普光气田气体钻井钻具断裂统计表起钻井方式常规钻井液钻井常规空气钻井空气冲旋钻井钻具断裂牙轮钻头钻井空气锤钻井PDC钻头钻井合计基金项目l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：pO7043)。作者简介：黄志强，1968年生，教授，博士；199o年毕业于原西南石油学院机械专业

5、；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天然气工业2O1O年2月发生了断钻具6次，钻具断裂落井，处理不成功导致填井侧钻4起。钻具频繁断裂不仅大大降低了气体钻井的提速效果，而且给井下安全带来了隐患口]。统计分析发现，普光气体钻井钻具断裂有以下规律：1)牙轮钻头钻进比空气锤钻头钻进钻具断裂失效概率高。截至2008年8月25日，普光气田气体钻井总进尺为110524．48m，空气锤累计进尺为59947．48m，占气体钻

6、井总进尺的54．2，空气锤钻进过程中发生钻具断裂失效13井次，钻具断裂发生频率1次／4611．3m。而牙轮钻头累计进尺48577．82m，期问图2钻铤断口形貌图发生钻具断裂失效39起，钻具断裂发生频率1次／1245．6m。可见牙轮钻头钻进钻具断裂频率远高于征；③粗糙区所占面积较小，说明钻具断裂时承受的应空气锤钻进。力相对较小。2)钻杆断裂失效特点：钻杆断落位置主要集中在2．1．2断口微观分析钻杆管体与加厚部分的过渡带区域，断口距公扣端平在裂纹源区取样，用醋酸纤维酯对裂纹源表面清均距离为0．52ITI，距母扣端0．68m，为应力集中区；洗后，用扫描电子显微镜观察断口微观形貌(见图3)，

7、且断口平齐，呈现为疲劳断裂特征。断口裂源区表现出明显的贝壳纹络线，为疲劳断口特3)钻铤断裂失效特点：钻铤断落位置主要集中在征。对钻具断口宏观微观分析，确定钻具断口为疲劳钻铤母扣处，存在应力集中；断裂钻铤多为大尺寸钻铤断口特征，钻具断裂属于疲劳断裂。(52『203．2mm、228．6mm)，而小尺寸钻铤(177．8mm)基本没有发生断裂事故；断口规则，有明显疲劳断口特征。4)钻具断裂多发生在侏罗系沙溪庙组和千佛崖组。2气体钻井钻具断裂机理分析2．1钻具断口分