【7A文】钻具失效分析及钻井设备简介.ppt

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1、钻具失效分析及钻井设备简介目录•钻具受力及要求•标准简介•钻具强度校核•API钻具数字螺纹接头全面推广应用•钻具失效分析及预防•套管失效分析及预防钻柱受力及要求钻柱组合钻柱作用井身结构钻柱受力钻具性能要求下部钻柱还包括稳定器减震器震击器等钻柱作用提供从钻机到钻头的钻井液通道，输送钻井液。把地面动力（扭矩）传递给钻头并给钻头加压。起下钻头。通过钻柱了解和观察钻头工作情况、井眼情况和地层情况。进行取心、处理井下事故，打捞落物，挤水泥等作业对地层流体及压力情况进行测试和评价。加重钻杆用于钻铤与钻杆过渡区，缓和两者弯曲刚度的变化，以

2、减少钻杆损坏。在小井眼中代替钻铤，操作方便。在定向井中代替大部分钻铤，以减少扭矩和粘卡钻等。钻铤给钻头提供钻压。使下部钻具组合具有较大刚度，使钻头工作稳定，有利于克服井斜问题。钻铤种类圆柱钻铤螺旋钻铤无磁钻铤螺旋钻铤减少粘附卡钻的发生无磁钻铤磁导率很低的不锈钢制成的圆柱钻铤。当磁场强度为1×105/4πA/m时，相对磁导率μr应小于1.010。沿内孔任意相距100mm的磁感强度梯度不应大于0.05Μt。材料不应存在晶间腐蚀开裂。保证测井仪器（利用磁性原理）的测量结果准确性，保证井眼轨迹符合要求。用于定向井、水平井、大位移井和

3、要求很高的直井。井身结构起下钻过程：井越深、钻柱越长、钻具尺寸越大、钻柱重量越大，上部钻柱所受拉力越大。泥浆密度越大，其浮力对上部钻柱拉力影响越大。钻柱受力起车或刹车过猛，会引起附加载荷。井眼不规则会引起阻卡现象，使钻柱受力发生变化。钻进过程中钻柱受力中和点及附近受力钻柱上不受拉力又不受压力的位置称为中和点。中和点将钻柱分为下部钻柱和上部钻柱。钻头在井底工作不稳定和不均匀送钻操作，会使中和点移动。中和点受交变载荷。钻压不超过钻铤重量的80％，保证中和点在钻铤上。下部钻柱受力下部钻柱（钻铤）大部分重量施加给钻头破碎岩石扭矩弯曲

4、磨损上部钻柱受力扭矩中和点以上钻柱重量井口钻柱断面上所受扭力和拉力最大。钻柱震动纵向震动（跳钻）引起交变应力。井底反扭矩引起扭转震动（蹩钻），产生交变应力。卡钻活动钻具上提，易发生过载。钻井参数对钻具使用寿命的影响钻压钻压过大，中和点易移到加重钻杆或钻杆。增加钻铤的弯曲载荷。转速转速过快钻柱在井眼摆动厉害，钻柱受力情况恶化。地层岩性对钻具使用寿命的影响硬地层使钻具磨损加剧，易产生摩擦裂纹。容易发生跳钻、蹩钻事故，使钻具受力条件更加苛刻。蠕变地层容易导致卡钻事故。井下有害气体对钻具使用寿命的影响H2S会导致钻具应力腐蚀开裂CO

5、2、泥浆里的溶解氧会加剧钻具腐蚀。井身结构深井、定向井、水平井越来越多。在造斜段全角变化率（狗腿度大），钻具受到很大的弯曲载荷，很易发生疲劳断裂和摩擦热裂纹。允许的最大全角变化率确定钻杆的应力不超过其疲劳极限，避免钻杆疲劳破坏。钻杆接头对井壁的侧向力不超过规定值，以防止钻具过度磨损、钻杆接头热裂等。全角变化率（狗腿度严重度）定义及计算在一定长度井段内（25m或100ft）包括井斜角和方位角的空间井斜变化量Gab＝25/ΔLab{(αa-αb)2+Δφ2absin2[(αa-αb)/2]}1/2式中：Gab－测量点a和b间井段

6、的全角变化率，º/25mΔLab－测量点a和b间井段长度，mαa－测量点a处的井斜角，ºαb－测量点b处的井斜角，ºΦ2ab－测量点a和b间的方位变化量，º钻井条件对钻具性能要求尺寸精度高，特别是螺纹接头加工精度高。抗疲劳性能好。耐磨，抗摩擦裂纹能力高。抗粘扣性能好。3标准简介•API钻具标准•APISPEC5D钻杆规范（ISO11961-1996）•APISPEC7旋转钻井设备规范•APIRP7G钻井设备设计和操作推荐作法•APISPEC5D钻杆规范该规范内容包括所有钢级的无缝钻杆管体及其制造方法、化学成分和机械性能要求、

7、试验方法和尺寸要求。•APISPEC7旋转钻井设备规范规定了从水龙头转换接头到钻头的所有旋转钻井设备的尺寸规格（除钻杆管体外）、螺纹接头类型及测量方法、标准量规及测量方法、接头和钻铤的机械性能。还包括小直径工作管柱、转盘、轴系、钻井泵零部件、水龙带和刹车块的尺寸要求。在附录里还包括:（1）地区量规、校对量规和工作量规的保管与使用；（2）钻井泵的维修；（3）水龙带；（4）旋转接头的润滑等推荐作法。•APIRP7G钻井设备设计和操作推荐作法规定了钻具的扭转性能、拉伸性能、上扣扭矩、钻杆接头扭转性能计算、钻杆分级和钻铤弯曲强度比计

8、算等。SY/T5144钻铤SY/T5290钻杆接头GB9253.1石油钻杆接头螺纹SY/T5200转换接头SY/T5146整体加重钻杆•APIBULLETIN5C3套管、油管、钻杆和管线管性能计算公式公报提供了不同管子性能的计算公式及有关其它发展和应用的资料。•APIRP7A1旋转台肩接头