PL油田钻杆刺穿失效分析研究.pdf

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1、2014年第5期内蒙古石油化工117PL油田钻杆刺穿失效分析研究齐恒之(中海石油(中国)有限公司天津分公司康菲联管会，北京100027)摘要：钻具失效将导致钻井事故，影响钻井作业的正常进行。针对PL油田钻杆刺穿失效的事故，在做宏观分析及刺穿部位裂纹微观分析以及理化性能分析的基础上，结合油田钻井液完井液等不同的腐蚀环境进行了腐蚀性能分析。同时，结合钻杆使用时的受力状况通过计算机模拟手段对刺穿钻杆进行综合分析。总结出了钻井现场造成钻具失效的主要原因，并提出了提高钻具安全可靠性的建议，对有效预防和减少海上钻具刺漏失效事故发生有一定的指导意义。关键词

2、：钻杆；失效；分析中图分类号：TE28十3文献标识码：A文章编号：1006—7981(2014)05—0117一04与陆地钻井相比，海上钻井具有更大的风险和角约44。夹角。刺口在钻杆内壁宽约3mm，在钻杆外更大的投入。近年来随着钻井技术的发展进步，使得壁宽约15mm。钻具在井下的工作条件和受力状态较过去更为复杂，再加上腐蚀环境，钻具失效问题不容忽视[1]。2008年12月5日13点30分左右，在X4井进行钻进至井深2159m时，泵压突然由11．oMPa下降至9．oMPa，随后检修泥浆泵，缸套、活塞、凡尔均未见异常。检查完毕后，将泥浆泵排量提高

3、至37．6L／s，压力为11．7～12．4MPa。继续钻进至2183m，在17：oo～17：30，压力由11．7MPa下降至9．7MPa，停止钻进，决定起钻，23：15左右起至37柱时发现钻杆本体刺漏。1钻杆刺穿宏观微观分析与理化检验围1捌穿钻杆宏观形貌1．1宏观分析宏观检查可见，钻杆外表面腐蚀严重，整个钻杆刺口与管体、接头、以及内外加厚过渡带的相对管体外表面附着黄褐色腐蚀产物，部分区域表层腐位置如图1所示，刺口位于内加厚过渡带消失部位蚀产物剥落露出底部深褐色腐蚀产物层(见图2)。剖管体上，距内螺纹接头端面725mm。钻杆刺穿方向开钻杆检查内

4、壁情况，可见钻杆内表面涂层完整，在为横向，刺穿处距离内螺纹台肩面约725mm，刺口金属基体上附着良好；未发现鼓泡、腐蚀、剥落痕迹。沿钻杆周向长40mm，约占钻杆整个圆周的1／10。刺刺口周围约1mH】左右区域因涂层被冲刷掉而呈现口在钻杆内表面开口小，在钻杆外表面开口大，开口金属光泽(见图3)。图2钻杆外表面腐蚀形貌图3钻杆内涂层及加厚过渡形貌收稿日期：2013—12—15作者简介j齐恒之(1973一)，男，高级工程师，硕士，1999年毕业于西南石油大学，研究向：钻井完井技术。118内蒙古石油化工2014年第5期图4钻杆裂缝宏观形貌图5刺穿裂缝

5、表面宏观形貌图6刺穿裂缝表面形貌圈7刺穿裂缝表面微观形貌人为剖开刺穿裂缝，观察裂缝及周边情况(见图2．1电化学试验4～5)，裂缝表面被冲刷，形成了由钻杆内壁至钻杆为了定性不同温度下钻杆的腐蚀性能，分别在外壁的冲刷沟壑痕迹，冲刷表面光滑，大部分区域被30℃、50℃、70℃的自来水中测试试样的极化曲线。黄褐色腐蚀产物覆盖，局部显露出金属光泽，刺穿裂实验采用的是三电极系统，以o．166mV／s的扫描速缝周围未发现异常机械损伤痕迹。率进行动电位扫描，试样工作面积为o．785mm2。试样在不同温度自来水中的极化曲线如图9所示。图8钻杆刺穿裂缝表面腐蚀产

6、物能谊分析1．2扫描电镜微观分析取扫描电镜试样，对钻杆刺穿部位裂缝表面进图9钻杆试样在不同温度自来水中的极化曲线行扫描电镜分析(见图6)，刺穿裂缝表面宏观上表现表1不同钻井液完井液的成分分析表为冲刷形成的沟壑，原始开裂表面被严重破坏，布满了因冲刷形成的显微坑洞和沟槽(见图7)，掩盖了裂缝原始形成的形貌。对刺穿裂缝表面的腐蚀产物进行能谱分析，分析结果见图8所示。由分析结果可知，刺穿裂缝表面的腐蚀产物成分为O、Fe、S、Ca、～、Cr、C等，因此腐蚀机理主要为氧腐蚀。扫描电镜分析的主要目的是观察原始开裂的微观形貌，从而分析断裂的机理。刺穿样品由于

7、钻井液冲刷严重，原始开裂的微观形貌被全部破坏，因此没有观察到原始开裂的微观形貌。1．3理化检验刺穿钻杆的化学成分、抗拉强度、屈服强度、延伸率、以及冲击功均满足APISpec5D要求，其硬度也在正常范围，金相分析也没有发现异常。2腐蚀试验2014年第5期齐恒之PL油田钻杆刺穿失效分析研究119由图9可见，随着温度的升高，极化曲线都向右寸并称重，最后将试样分别浸泡于盛放不同的腐蚀移动，根据塔菲尔极化曲线法分析可知，温度增加，溶液的烧杯中，每种溶液中均浸泡钻杆试样各2～3腐蚀电流密度增加，这说明随着温度的升高，均匀腐个，试样在其中的浸泡时间分别为7

8、天。蚀速率增大。2．2挂片法测试腐蚀速率为了结合实际井况对钻杆的腐蚀速率进行定量分析，进行了挂片法试验。由PL油田提供钻井和完井过程中使用的四种溶液，分别是EDTA