空气钻井钻具失效与预防

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1、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，

2、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

3、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序号井号井眼mm钻进井段m进尺m机械钻速m/h钻进时间d钻具事故1P2-2444.5314.131.5-601601-2907569.523068.512.

4、6519断钻具1次,脱扣1次2P4-2444.5314.132-602602-303257024307.2125113P5-2444.5314.140.5-561.5701-229152115907.2125114PD-3314.1701-298012.912125PB-2314.1500-315611.921216PD-1314.1564-30028.52020断钻具2次7PA-2314.1649-30364.53535断钻具3次8P6-3314.1703-33506.42424断钻具1次9P10314.1880

5、-30037.9202010P101314.1638-35544.85858多起钻具损伤表2部分空气钻井断钻具事故描述井别断钻具事故描述5PD-11大钩载荷和立压突然下降，判断钻具断裂，起钻检查。起出钻杆178根，钻铤5根，起钻后发现从下向上数8″钻铤第一根母扣根部断裂。2大钩载荷和立压突然下降，判断为钻具断裂，起钻检查。起出钻杆227根，第228根钻杆（9.63m）母扣往下3.85m处断裂，断口平直。PA-21转盘扭矩11.4-12.2KN.m，悬重由1150KN↓880KN，指重表钻压值由40KN↑300KN，

6、立压、转盘扭矩无明显变化，综合录井仪显示大钩负载由914KN↓710KN，立压、转盘扭矩无明显变化，停钻，上部钻具起出发现入井6″加重钻杆从距母扣端面0.11m处沿丝扣断裂，断口规则。用超声波对钻铤及加重钻杆探伤，四根加重钻杆有伤。2悬重由1290KN↓1000KN，立压、转盘扭矩无明显变化。起钻完，起钻后发现入井的φ127加重钻杆第四根公扣端60cm加厚处断。3悬重由1360KN↓1060KN，起钻检查发现φ127加重钻杆第六根本体中间处断掉。P6-3扭距突然由440下降到300，总悬重下降10t，由88t下降到

7、78t。钻具起出后发现入井第5根9〞钻铤距母扣14cm处断裂。P2-1钻进至井深503.4米，上提钻具，下放划眼，清洗井下沉沙，放入到井底后第二次上提钻具，准备接单根，距井底约13米处，接在方钻杆下的单根从距母接头7.97米本体处突然断裂，造成钻具落井。落井为39号钻杆，G105，一级钻杆，本体拉长约300mm，断裂处钻杆本体外径122mm，裂口呈撕裂锯齿状，断面壁厚7mm（原壁厚是9.19mm），断口处参差不齐，拉长缩径非常明显。此次顿弯加重钻杆7根，钻杆12根。三、钻具损坏原因分析在空气钻井中钻具损坏的主要形式

8、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。在雾化和泡沫钻井中钻具腐蚀比常规钻井严重。1、钻具磨损空气钻井钻具遭受高速岩屑对钻具冲击的“喷砂”作用，加速了钻具的磨损。研究表明，空气钻井所产生的岩屑，粗粒和