气体钻井中钻柱失效试验研究

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1、石油机械2012年第40卷第7期CHINAPETR0LEUMMACHINERY一29一钻井技术与装备气体钻井中钻柱失效试验研究李东洋陈次昌王钱钱黄小兵吕东莉(西南石油大学研究生部)摘要：为了研究气体钻井中钻柱在冲蚀和振动工况下的力学性能，通过使用新研制的能模拟气体钻井钻柱同时受到振动及冲蚀情况的试验装置，进行了不同钻具组合情况下钻柱力学性能试验和钻柱冲蚀试验。试验结果表明，气体钻井过程中，钻柱所受交变应力波在由底部钻柱向上传播时有一定的衰减，但衰减程度不大，所以下段钻柱的应力值对上段钻柱的受力有较大影响；钻柱绕井简反转将增大钻柱所受的交变应力，且转速越高交变应力变

2、化越大，从而加深钻柱损伤程度；钻柱冲蚀量随着注气量的增大而增大，但其增大是非线性的。关键词：气体钻井；钻柱失效；钻具组合；多功能试验台；交变应力；冲蚀；振动中图分类号：TE921文献标识码：A文章编号：1001—4578(2012)07—0029—05AnExperimentalStudyofDrillstringFailureinGasDrillingLiDongyangChenCichangWangQianqianHuangXiaobingLODongli(GraduateSchool，SouthwestPetroleumUniversity)Abstract

3、：Tostudythemechanicalpropertyofdrillstringingasdrillingundertheoperatingconditionsoferosionandvibration，thenewly—developedtestunitwhichcansimulatethedrillstringinvibrationanderosionatthesametimewasusedtoconductthemechanicalprope~ytestanderosiontestofthedrillstringwithdifferentbottomho

4、leas-semblies．Theexperimentalfindingsshowthatintheprocessofgasdrilling，thereisacertaindegreeofattenuationwhenthealternatestresswaveofthedrillstringtransmitsupwardfromthedrillstringbottombutthedegreeofattenua—tionisnotremarkable．Therefore，thestressvalueoflowerdrillstringhasremarkableef

5、fectontheforceofupperdrill-string．Thecounterrevolutionofdrillstringaroundthewellborewillincreasethealternatestressofthedrillstring．Thehighertherotationspeed，thegreaterthealternatestresschanges．Asaresultthedamagetothedrillstringwillincrease．Thedrillstringerosionamountincreaseswiththein

6、creaseofsteaminjection，buttheincreasecurveisnotlinear．Keywords：gasdrilling；drillstringfailure；bottomholeassembly；muhifunctionaltestbed；alternatestress；erosion；vibration现，气体钻井中钻柱所受交变应力是造成其断裂的0引言主要原因。J，而其所受交变应力的幅值不仅与钻井工艺参数相关，也与钻具组合有较大关系。现阶气体钻井技术已在我国大规模推广应用，但气段由于没有能完全模拟气体钻井工况(冲蚀和振体钻井过程中钻

7、柱失效频率非常高，其主要失效形动)的装置，气体钻井钻柱受力大部分以理论研式为疲劳断裂。据统计，2007年1一l1月，川究为主l6-7]。虽有部分室内试验研究J，但只是东北地区气体钻井钻柱失效发生36井次，占总故进行了钻柱的振动或者冲蚀情况的单独模拟，没有障数的68．52％，主要以疲劳断裂为主。研究发同时模拟冲蚀和振动工况下钻柱的力学性能。基金项目：中石化2010-2011年重点项目“气体钻井中钻具失效安全评价技术研究”(ZJY2010一KY一03)。石油机械2012年第40卷第7期笔者的主要工作就是通过使用新研制的能模拟空气锤钻头、试验钻柱、试验套管、空气压缩机、

8、气体钻井钻