超深井钻井钻具失效分析
[摘 要]
超深井钻井在施工中经常发生断钻铤、卡钻事故和井漏、井壁失稳、钻具偏磨等复杂情况。 这些事故及复杂情况严重地制约了钻井速度，同时造成了一定的经济损失。通过对钻具失效情况进行分析，总结了经验教训，对今后超深井钻井的施工有一定的借鉴和指导意义。
[关键词]
超深井钻井；钻具断裂；钻具失效；钻具损伤
[内容]
1 钻具失效分析
钻具失效形式主要有钻具断裂、钻具刺漏、钻具内螺纹接头涨扣、钻具内螺纹接头开裂、钻具偏磨等等。尤其是在深井、超深井以及水平井、大位移井等复杂井的作业过程中，钻具断裂的危害尤其严重，轻者增加钻井成本，延长钻井周期，重者导致填井侧钻甚至于整井报废。在深井、超深井等复杂井的钻探作业中，用双扭矩台肩的钻具可以有效的提高钻具承载能力，降低钻具的断裂失效事故，提高钻具的安全可靠性。
2 .1失效分析的程序和步骤
失效分析程序图：
截取试样
金相分析 微观断口分析 化学成分分析 常规力学分析
确定失效的性质
综合分析
确定失效的原因
下步改进的措施
现场调查及残骸分析
调查加工和服役历史 初步观察分析
无损检测分析
失效（故障）发生
宏观断口分析
2.2整个失效分析过程的几个环节：
收集失效件的背景数据。主要包括加工制造历史、服役条件和服役历史。
失效件的外观检查。包括：
失效件的变形情况，有无镦粗、下陷、内孔扩大、弯曲、缩径、断面解理形状等；
失效件表面的加工缺陷，如：焊疤、折叠、瘢痕、刮伤、刀痕、裂纹等。
断裂部位所在的位置，是否在键槽、尖角、凹坑等应力集中处。
观察表面有无氧化、腐蚀、撕咬、磨损、龟裂、麻坑等。
察看相联件的情况。
1）断口分析：断口记录了断裂材料主裂缝所留下的痕迹。通过对断口形貌的分析，不仅可以得到有关部件使用条件和失效特点的资料，还可以了解断口附近材料的性质和状况，进而判明断裂源、裂纹扩展方向和断裂顺序，确定断裂的性质，从而找到断裂的主要原因。
钻柱的服役条件及主要失效类型
2）钻柱的工作状态
在钻井过程中，钻柱是在起下钻和正常钻进两种工序中交替工作的。起下钻时，钻柱处于受拉状态；钻进过程中，其状态比较复杂，处于由拉、压、扭等状态。
在转盘钻进时，钻柱好似一根细长的旋转轴。在部分自重产生的轴向压力作用下，下部钻具不稳定呈弯曲状态，由于受到井眼的限制，可产生多次弯曲；上部钻具由于旋转产生的离心力作用不能保持直线状态，再加上扭矩的作用，整个钻柱成一个近似螺旋形曲线的形式进行复杂的旋转运动。
成螺旋形的钻柱在井中有公转、自传、自转和反公转三种运动方式。
自转
---指整个钻柱在井中绕自身轴线旋转。这样的转动使钻具均匀磨损，并经受交变弯曲应力而使钻具产生疲劳。
公转
---钻柱在压力、拉力、离心力和扭矩的联合作用下，其轴线弯曲成变波平面正弦曲线形状，整个轴线按转盘的旋向绕井眼轴线旋转。这样的旋转式钻具与井壁摩擦产生偏磨。
反公转
钻柱在自转和公转过程中，由于受到钻井液摩擦阻力、井壁阻力和井底地层对钻头抵抗力的影响，会产生反公转，从而使钻头横向摆动，影响钻头的使用和钻具的使用寿命。
3 钻柱的受力分析
钻柱的受力状态与所选用的钻井方式有关，在不同的工作状态和不同的位置作用着不同的载荷。概括起来，钻柱在井内主要受有以下几方面力的作用：
3.1 轴向力
有钻柱自重、钻井液对钻具的浮力、井壁和钻井液对钻具的摩擦阻力、钻压等。一般情况下，井口的拉力最大，"中和点”下部钻具因钻压的作用，承受压力，井底压力最大。
在钻井液中钻柱受到浮力的作用，轴向拉力会减小；在起钻过程中，钻柱与井壁之间的摩擦力以及遇阻、遇卡，均会增大钻柱上的拉伸载荷。下钻时则与起钻承载相反。
径向挤压力
起下钻作业时，卡瓦对钻柱产生的挤压力。管外液柱产生的挤压力。地层形变产生的挤压力。
3.2 弯曲扭矩
弯曲力矩是因钻柱上有弯曲变形存在而产生。正常钻进时，当下部钻柱受压弯曲时，以及转盘钻进中由于离心力的作用和井眼偏斜、弯曲等都能使钻柱发生弯曲，于是产生弯矩。弯曲的钻柱在绕自身轴线旋转时，就会承受交变的弯曲应力。最大的弯曲应力产生在挠度最大处。
3.3 离心力
弯曲的钻柱绕井眼轴心旋转时产生的离心力，可使钻柱更加弯曲，使弯曲应力增加。
3.4 扭转力矩
转盘通过钻柱带动钻头旋转，破碎岩石，并克服钻柱与井壁和钻井液的摩擦阻力，使钻柱承受扭转力矩。由于受到井壁和钻井液摩擦阻力的影响，井口的扭矩比井底大。当在井底使用动力钻具（涡轮钻具、螺杆钻具等）时，作用在钻柱上的反扭矩，井底大于井口。
钻柱的振动
钻进时，由于地层的软硬不均、井底不平，特别是用牙轮钻头时，牙轮的滚动，引起钻柱纵向振动，使“中和点”上下移动，产生交变的挤压应力。当外界周期的干扰力与钻柱的固有频率相同时，引起共振，出现剧烈的“跳钻”。跳钻会引起钻柱的疲劳破坏。
钻柱的旋转还会使钻具产生两种振动。第一种是由于钻头结构、地层、钻压等因素的变化引起的扭转振动。当转速达到某一临界值时，钻柱出现扭转共振，即“蹩跳”。第二种是横向振动。这是在转速达到某一临界转速下，钻柱出现的自激晃振摆动，它会引起钻柱的严重偏磨和弯曲疲劳破坏。
3.5 动载
起下钻过程中，由于钻柱运动速度的变化，会引起钻柱的纵向动载，在钻柱中产生纵向瞬时交变应力。动载的大小与操作有关。
由以上分析得知，井口和井底附近的钻柱所承受的拉力、扭矩、弯曲和冲击力等均较大。但上述几种载荷有些是同时出现，使钻柱的受力呈现复杂状态。
钻柱的主要失效类型
根据上面对钻柱服役条件的分析，钻柱的受力状态十分复杂，失效的形式也多种多样。既有静载，又有冲击载荷，而且拉、压、弯、扭无一不有，且大都是交变载荷。工作时又要受到腐蚀、磨损、温度及压力的影响。归纳起来，主要有过量变形、断裂和表面损伤三类。
过量变形
它是由于工作应力超过材料的屈服极限引起的。钻柱的过量变形主要有螺纹部分的拉长，钻杆本体的弯曲和扭曲（即螺旋形弯曲）。其中钻杆本体的弯曲和扭曲比较常见。
断裂
5钻柱断裂原因分析
钻柱的断裂时有发生，在钻柱失效中的比例较大，它的危害也严重。断裂主要形式有过载断裂、低应力脆裂、应力腐蚀、氢脆断裂、疲劳断裂和腐蚀疲劳破裂等。
过载断裂：它是由于工作应力超过材料的抗拉强度引起。如钻杆遇卡提升时焊缝热影响区的断裂及蹩钻时的钻杆管体折裂。
1）低应力脆裂：低应力脆裂与表面或内部存在缺陷及不良的显微组织有关，也与受力部位交变频繁受力有关。如焊缝的脆性断裂、钻铤接头螺纹部位脆性断裂。低应力脆性断裂的主要特点是，脆断时的使用应力一般低于其屈服强度；易从应力集中严重处断裂，尤其受到冲击载荷时更为显著；宏观断口齐平，无明显塑性变形。
2）应力腐蚀断裂：它是钻柱失效的常见形式。如钻柱在含硫油气井中硫化物应力腐蚀破裂，钻柱接触某些腐蚀介质（如盐酸、盐类）时的应力腐蚀开裂。有经验表明，应力集中处对腐蚀介质的敏感度有增强作用，这对钻具的失效具有不良的促进作用。硬的和脆性钢比韧性钢更容易发生应力腐蚀破坏。
3）氢脆：当金属晶格中吸附有过多的氢原子时，在拉应力的作用下可使材料产生氢脆。实际上，由硫化氢和盐酸引起的应力腐蚀其本质是由于氢的作用造成的，所以叫氢脆。尤其对高强度钢更是敏感。在川东地区因地层含硫禁止使用高钢级钻杆，推荐使用抗硫钻杆。
疲劳：一般发生于钻杆内加厚过渡区、钻杆、钻铤和转换接头螺纹部位等截面变化区域或因表面损伤而造成的应力集中区。如接头螺纹根部的疲劳断裂（为此曾在螺纹根部端设计应用应力减轻槽），钻杆过渡带疲劳腐蚀刺穿和方钻杆标尺焊疤处材料组织的改变引起的应力集中造成的疲劳腐蚀刺穿。
4）疲劳腐蚀：是交変载荷和钻井液等腐蚀介质联合作用的结果，在钻柱失效中约占40%，且以钻杆为主。在钻杆失效中，约80%为腐蚀疲劳。与普通疲劳一样，裂纹产生于应力集中严
重部位或一表面腐蚀坑等为萌生裂纹源并扩展。最典型的是钻铤螺纹根部的疲劳裂纹和钻杆过渡带疲劳裂纹刺穿。
表面损伤
包括腐蚀、磨损和机械损伤三方面。表面损伤比较容易发现和判断。
腐蚀：
均匀腐蚀，它是由于化学或电化学反应造成的金属暴露的全部表面或大部分表面上发生的腐蚀。如钻具锈蚀。
点蚀（小孔腐蚀），如钻杆存放或使用过程中内外表面的不均腐蚀，点蚀常常会诱导腐蚀疲劳和应力腐蚀或脆性断裂。
缝隙腐蚀，如钻杆内加厚过渡区表面褶皱处的钻井液腐蚀。
磨损：
粘着磨损：如钻具螺纹部位的磨损。
磨料磨损：如井壁对钻柱的磨损。
冲蚀磨损：如钻柱内外表面及螺纹连接部分受到钻井液的冲蚀损坏。
机械损伤：如表面碰伤、焊疤、大钳卡瓦及其他工具咬伤
6、断口分析
钻具横截面多为圆环形，造成断裂的因素很多，所以其断口形貌与典型试件的端口并不完全相同，但其基本特征是一样的。掌握典型试件的断口特征后，就可对钻具断裂事故进行分析并推断其断裂原因。
断口的宏观分析
用肉眼或用放大倍数1-20北的放大镜对端口进行观察。这种方法能全面地观察断口，是断口分析的主要手段。
从宏观分析中大体可以判断出断裂的类型（韧性、脆性和疲劳），同时也可以大体上找出断裂源和裂纹扩展途径，粗略地找出破坏原因。但由于其放大倍数太小，不能细致地观察断口的细节和微观形态。
1、静载下的断口宏貌
1）光滑圆柱形试样
光滑圆柱形试样的静拉伸断口，一般是杯锥状的。由纤维区、放射区和剪切唇所组成。（如图）
S
S
F
R
R
F
图A 光滑圆柱试样的拉伸断口
S—剪切唇；R—放射区；F—纤维区
断裂裂纹起源于纤维区，并在此区缓慢地扩展，当达到一定尺寸后（裂纹临界尺寸），裂纹开始快速扩展（或称不稳定扩展）而形成放射区，此时材料由于有效面积的减小，应力状态则由三向应力状态变为二向平面应力状态，最后在平面应力状态的拉伸应力作用下而破坏，形成剪切唇。
（1）纤维区
对于光滑圆柱试样，纤维区往往位于断口中央，成粗糙的纤维状圆环形花样特征。在正应力作用下，由于缩颈而产生三向应力，以最小截面处的轴向应力为最大。这些三向应力对于裂纹的产生有很大影响，某些非金属夹杂物，渗碳体或某些第二相质点，缺陷将促进裂纹的形成。因此裂纹便在这些地方成核长大，裂纹扩展的宏观平面垂直于拉伸应力方向。
对于单相金属，普通碳钢或珠光体钢，首先在缩颈中央形成显微空间，然后空洞长大，聚集而成锯齿状的纤维断口。
对于合金，如强度较高的马氏体，其纤维区则是由杯形剪切背所构成。纤维区中央或接近中央的区域有一个或几个圆锥坑，是裂纹的起始处，即裂纹核心。大量实验说明，裂纹核心总有夹杂物存在。
（2）放射区
与纤维区相邻的是放射区，有放射花样特征。纤维区与放射区交界线标志着裂纹有缓慢扩展向快速扩展的转化。放射线平行于裂纹扩展的方向，而且垂直于裂纹前端的轮廓线，并逆向裂纹起始点。
放射花样也是有材料的剪切变形所造成，与纤维区不同的是在裂纹达到临界尺寸后，快速低能撕裂，材料的宏观塑性变形量很小，表现为脆性断裂，但在微观局部区域，仍有很大的塑性变形，所以放射花样是剪切型的低能撕裂的一种标志。
（3）剪切唇
剪切唇在断裂过程的最后阶段形成。其表面光滑，与拉力方向呈45°角。在剪切唇区域中，裂纹扩展也是快速的，但它是在平面应力状态下发生的不稳定裂纹扩展。
光滑圆柱试样尺寸由小变大，其放射区增大很快，剪切唇稍有增加，而纤维区几乎不变，可见对一定材料，其裂纹扩展的临界尺寸几乎是一定的。
（4）缺口圆柱试样
其裂纹源位置在缺口处或接近缺口处。裂纹从表面向心部扩展，其破坏区比其它区域要粗糙很多。这是因为裂纹向心部扩展后，心部的应力已由三向应力状态变为平面应力状态而发生韧性破坏的缘故。如果缺口较钝，裂纹源也可能在试样的心部形成。但由于试样表面受缺口约束，所以剪切唇受到很大的限制，甚至不存在剪切唇。
7冲击断口宏貌
冲击断口形貌如下图所示。首先裂纹源在缺口附近形成，然后是纤维区、放射区。由于无缺口一边是受压应力，裂纹又是快速传播的，所以当拉应力区的放射区进入压缩区时，放射区终止，再度出现纤维区，三个自由表面的剪切唇与其相连，连接边呈弧形。有时放射区可能全部消失，而整个截断面只有纤维区和剪切唇两个区域。
疲劳端口一般有疲劳源、疲劳裂纹扩展区和瞬间断裂区。
疲劳源是疲劳破坏的起始点。一般常在表面，但如果材料内部存在严重缺陷，如脆性夹杂物、空洞、化学成分偏析等，也可能在内部发生。疲劳源有时不止一个，尤其是超负荷疲劳，其应力级较大，断口上常出现几个位于不同深度的疲劳源。
疲劳裂纹扩展区是疲劳断口最重要的特征，其特征为贝纹状花样。这些条纹是裂纹前沿扩展时留下的痕迹。从疲劳源开始向四周推进。并与裂纹扩展方向垂直。当裂纹扩展受到阻碍，或在使用过程中应力级改变时，也会在断口上留下相应的贝纹状推进线。在实验室的恒应力试验和低周次的疲劳试验中，这种宏观的贝纹状花纹观察不到。
剪切唇-裂纹
扩展方向
纤维区
放射区
纤维区
裂源区
缺口
裂纹扩展区对衡量材料的性能是很重要的，这个区大，表明裂纹临界尺寸大，能较好地抵抗裂纹的扩展。即有足够的断裂韧性。
瞬时断裂区是最后断裂区。是疲劳裂纹达到一定尺寸后，工件的有效面积大为减少，以致不能承受逐渐增大的应力时而断裂。对于脆性材料，瞬时断裂区为结晶状的脆性断口，而对塑性材料，此断裂区是纤维状的塑性断口，表面有剪切唇。
瞬时断裂区的断口形态与工件尺寸有关，当材料一定时，工件截面积愈大，愈容易达到平面应变条件，得到的是脆性断口。
从瞬时断裂区的大小和位置，也能定性地估测工件负荷的大小。一般说，瞬时断裂区面积越大，越靠近中心，则表示工件过载程度越大；相反其面积越小，其位置越靠近边缘，则表示过载程度越小。
8、沿晶断裂和解理断裂的宏观特征
沿晶断裂多属于脆性断裂，在一般正常热处理的结构钢中很少发生，只有在手腐蚀介质的作用时，才可能发生沿晶断裂；有时在焊解热影响区或焊缝中，由于“热裂”作用也可能发生沿晶断裂。
解理断裂也属于脆性断裂，在这种断裂中，裂纹主要沿解理面扩展，有时也可在滑移面或晶面上扩展，其断口一般成人字形花样。纯解理断口无人字形，而是结晶断口。在粗晶中则可看到许多强烈反光的小平面，这就是解理平面，所以这种断口又叫结晶状断口。
9钻具失效分析和预防
据统计，我国每年发生钻具事故数百起，经济损失数亿元。在钻具失效停用数量中，按多少顺序排列，依次为：腐蚀坑---均匀磨损---卡瓦损伤---偏磨---裂纹---其他。在此，我们结合实际重点讲述钻柱腐蚀与疲劳。
钻具的疲劳破坏是最常见的，这种破坏是疲劳发展的一个过程，随着疲劳裂纹的逐渐发展，最终导致拉断、扭断或刺穿。再则，钻井液对钻具有腐蚀作用，所以钻柱的内壁腐蚀比较严重，检测腐蚀和疲劳裂纹的工作难度较大，钻杆管体内壁的潜在危险得不到及时发现，因此，钻杆的刺穿和折断较多，这都与腐蚀和疲劳有关。
1）钻柱脆性断裂失效分析及预防
脆性断裂是指材料断裂前不产生或仅仅产生很小的塑性变形，断裂过程中单位体积所消耗的能量很低的过程。与之相对的韧性断裂，则指断裂前产生显著的塑性变形，单位体积消耗的能量较高的断裂过程。脆性断裂没有任何预兆，往往是突发性的，危害较大。
脆性断裂的主要特点
断裂时的使用应力很低，一般低于屈服强度，故又称低应力脆断。
易从应力集中区严重处断裂，受冲击载荷，尤为显著。
宏观断口齐平，结构粗糙，有放射状花纹或人字纹。
失效事故常常与材料韧性低或使用温度低于其韧脆转变温度有关。
与构件存在裂纹源（如疲劳裂纹、粘火裂纹等）有关。
影响脆性断裂的因素
4）钻柱疲劳失效分析及预防
疲劳失效——在交变载荷（应力）作用下，经过长时间（或较多的应力循环周次）运转后所发生的“突然”失效或破坏。
钻杆的疲劳失效是最常见的，它是疲劳裂纹的发展过程，最后的形式是拉断、扭断或刺穿等。疲劳机理
在交变应力作用下，在晶体面会产生细小（10-7mm）的滑移带，这些滑移带往往成为萌生疲劳裂纹的区域。疲劳应力越高，强烈滑移带的数目越多，疲劳裂纹形成越早。另外腐蚀环境对疲劳裂纹的产生具有辅助作用，蚀坑也是裂纹源的滋生地。
钻柱在井内钻进时呈现弯曲螺旋状，在弯曲井段旋转的钻柱总要受到交替变化的弯曲应力。钻压的变化、钻柱中和点位置的变化，使中和点附近钻柱承受交变的拉压应力。由于钻头交替接触井底，地层的变化、转盘的旋转等引起纵向振动、横向振动和扭转振动的周期变化的干扰力，也使钻柱受到交变应力的作用。定向井技术的推广、井下事故的处理等使钻柱的疲劳损坏更加严重。
疲劳失效的特点
断裂突然发生，无明显征兆。
破断应力低于材料的抗拉强度，而且常常还低于材料的屈服强度。
在交变应力作用下，一般都在疲劳裂纹扩展到一定长度后失稳而发生突然破坏，而且疲劳断裂过程在宏观形貌上没有留下明显的塑性变形。
宏观断口一般都有疲劳裂纹源区、疲劳裂纹扩展区和瞬断区等三个区域。
对产品表面及材料本身的缺陷高度敏感。疲劳裂纹最易产生在材料最薄弱处。
反复承受弯曲或扭转载荷，疲劳裂纹多萌生于表面。
5）钻杆疲劳失效分析和预防
钻杆内加厚过渡区处的应力集中较大，该处是截面突变处，易发生弯曲，是一个薄弱环节，是疲劳或腐蚀疲劳的危险区。钻杆在交变应力的作用下，该处极易产生裂纹，钻井液在高压作用下穿透裂纹，形成孔洞失效，当刺穿孔洞连成一片时，钻杆的承载能力下降从而导致断裂。失效部位基本都发生于距内外螺纹接头台肩450--550mm处，即内加厚过渡区与管体交界处。
有资料研究表明，钻杆内加厚过渡区长度Miu越长，钻杆的抗疲劳寿命也越高。如G105钻杆在试验应力幅为300MPa时，Miu≥70mm、R（内锥面与管体交界处的曲率半径）≥200mm的钻杆疲劳寿命比Miu≥33-37mm、R≥25-37mm的大8倍以上，比Miu≥70mm、R≥200mm的大26倍以上。目前，标准尚未对Miu、 R做出统一的规定。
以下是有关单位对部分国外厂家钻杆Miu、 R的测量数据：
钻杆生产厂家Miu，mm R，mm
日本钢管15---35 0---20
日本住友金属35---50 10---70
新日本制铁40---65 50---100
德国曼内斯曼40---70 60---150
6)钻杆接头螺纹的疲劳失效
钻杆接头螺纹的疲劳失效主要发生在两个区域。一个是内螺纹接头里端的第一个完整螺纹附近（里端2-3牙处），一个是在外螺纹接头台肩侧的第一个完整螺纹附近（大端1-2扣处）。这与螺纹啮合时的应力状态有关。外螺纹与内螺纹接头的啮合是从第三牙（即第一个完
整螺纹）开始的，而内螺纹则是从里端第2-3牙处与外螺纹接头啮合的，这两个区域是连接区域内较大应力集中区。
钻杆接头螺纹断裂失效相比钻杆管体过渡带刺穿比例要小得多。解决螺纹断裂失效的办法是改变啮合处的应力状态，即加工应力减轻槽，但由于受到加工数量、材料成本的限制，似乎不太现实，因此，到目前为止，尚未见加工有应力减轻槽的钻杆在使用，仅有的是受力复杂的加重钻杆、钻铤。
7)钻杆螺纹断裂原因主要有：
螺纹根部圆角半径过小，根部应力集中大。
上扣扭矩过小，外螺纹在弯矩作用下第一完整螺纹啮合处弯曲应力剧增。
内外螺纹接头追堵无差配合不佳、旋合后刚度不相配合，从而产生应力集中。
钻杆接头吊卡台肩处的疲劳失效
钻杆接头吊卡台肩有两种型式：90°和18°。
吊卡台肩处是一截面突变处，尤其当90°直台肩过渡圆角半径较小时，应力集中较高，容易发生应力疲劳裂纹刺穿或断裂失效。
试验表明，直角台肩处的圆角半径大于6mm时，不容易发生疲劳破坏。当直角台肩处的圆角半径小于5mm时，容易发生疲劳破坏。
案例：华北某钻井队在使用5”G105 90°钻杆钻进至1800---2500m时接连发生吊卡台肩根部刺穿、断裂6起，后经超声波探伤发现58根钻杆吊卡台肩根部存有裂纹缺陷。该套钻具吊卡台肩根部曲率半径小于5mm，根部应力集中大，服役过程中在交变应力作用下萌生疲劳裂纹，最后导致刺漏。
8)钻铤疲劳断裂失效
现场调查表明，钻铤的断裂尤其是钻铤螺纹的断裂在钻铤失效事故中占有相当大的比例。与钻杆接头疲劳断裂一样，不同的是，钻铤螺纹断裂失效几率远远大于钻杆接头，原因主要是钻铤的服役条件比钻杆要复杂。
钻铤疲劳断裂特征
钻铤的疲劳破坏十分普遍，不同的地区均可发生。但深井地区和地层复杂地区更容易发生。钻铤的疲劳断裂与钻杆的疲劳断裂一样，大多发生在井斜变化大、方位变化比较大的“狗腿子”井段及井内。
钻铤疲劳断裂均发生在接头的螺纹部位。内螺纹接头断裂面一般在距螺纹消失第4-6牙处，外螺纹的断裂面则在接头台肩侧（大端）的第1-2牙附近，即位于内外螺纹连接的最后啮合处。
钻铤的疲劳断裂裂纹一般起源于螺纹根部，并具有多源特征，与各种因素引起的应力集中增大有关。
钻铤疲劳断裂与尺寸有很大关系，尺寸越大，越易发生。内外螺纹连接后的弯曲强度比对钻铤的疲劳失效又严重影响。
钻铤的疲劳失效与钻铤材料的性能有关。低韧性的材料更容易发生早期疲劳失效。
在苛刻井中，当应力集中较大，结构强度和材料韧性不足时，钻铤的疲劳失效极易发生。
影响钻铤疲劳断裂的因素
螺纹结构因素
-------螺纹类型不当造成内外螺纹弯曲疲劳强度不平衡。API RG 7G推荐，平衡连接是弯曲强度比为2.5：1，在钻井条件润需的范围内可在3.2：1---1.93：1之间变化。
--------不同的螺纹类型，其螺纹牙型及螺纹根部圆角半径是不同的。选用具有较小圆角半径的螺纹类型会在螺纹根部造成较大的应力集中。
螺纹类型螺纹牙型及代号螺纹根部圆角半径，mm
NC23---NC77 平齿顶、圆齿底V-0.038型螺纹0.965 2 3/8—4 1/2REG、平齿顶、圆齿底V-0.040型螺纹0.508
3 1/2FH、
4 1/2FH
5 1/2—8 5/8REG、
平齿顶、圆齿底V-0.050型螺纹0.635
5 1/2FH、
6 5/8FH
4FH、2 3/8—5 1/2IF 平齿顶、圆齿底V-0.065型螺纹0.381
从表中可以看出，数字型（NC）螺纹根部圆角半径较大，应力集中系数较小。
螺纹的加工质量
-------螺纹根部形状及圆角半径。
-------台肩面宽度。
-------接头完整螺纹长度。
-------其他螺纹参数。
外径磨损及内径变大
在实际钻井中，由于内螺纹外径磨损比外螺纹内径磨损快得多，结果弯曲强度比相对减小。当弯曲强度比降至2.0：1以下时，可能发生内螺纹疲劳失效祸端不变形胀大直至纵裂。钻铤外径磨损变小和内径变大时，疲劳寿命会下降。
材料性能影响
钻铤材料性能直接影响弯曲疲劳寿命和失效形式。在一定范围内，钻铤的抗拉强度越高，其弯曲疲劳极限越高。我国钻铤用钢为中碳合金钢。
扭矩的影响
-----上扣扭矩。上扣扭矩太小，台肩负荷不够，压不紧工作时易于分离，螺纹根部应力增大，容易发生早期疲劳失效，而且也易失去密封，造成钻井液刺损螺纹和密封台肩面。同时还容易造成二次进扣，导致内螺接头胀大或纵裂，或外螺纹接头危险界面上的应力增高，也易发生早期疲劳失效。上扣扭矩过大，会使螺纹部分的应力集中增大，疲劳寿命降低，也易使密封台肩面擦伤而影响密封性能。
------使用扭矩。井下超扭矩会引起螺纹部分再次进扣，引起连接部位失效。在深井、超深井、大斜度定向井等苛刻条件下，会严重降低钻铤的使用寿命。
预防钻铤失效的措施
减小螺纹处的应力集中，改善应力分布。
-----尽量采用数字型螺纹。
-----加工应力减轻槽或适当减小螺纹最后啮合处的螺纹牙高，减小螺纹根部本体刚度是提高钻铤疲劳寿命的有效措施。
-----螺纹滚压强化可使表面产生残余压应力，从而提高疲劳寿命。
-----螺纹镀铜不但可使表面产生残余压应力，还可改善螺纹啮合后局部产生的高盈利及应力集中。
按标准加工螺纹，确保加工质量。
注意钻铤连接部位的结构强度。
-----在选择螺纹连接类型及内外径尺寸时，是内外螺纹连接后的弯曲强度比近于平衡。
-----注意外径磨损后的内螺纹弯曲疲劳强度下降问题。
材料性能应符合要求。P、S含量不大于0。035%，粘脆性要好，热处理应避免回火脆性。
使用方面，应严格按有关标准和规范要求执行，避免上扣不到位或过紧造成的不良影响。使用标准螺纹脂。
9)钻杆腐蚀疲劳失效
（1）钻杆疲劳失效过程：
在腐蚀环境中观体内比产生腐蚀坑---腐蚀坑底产生腐蚀裂纹---以腐蚀裂纹为疲劳远在变动载荷和腐蚀介质作用下裂纹逐渐扩展---局部刺穿---整根管体断裂。
大量失效分析中观察到，钻杆腐蚀疲劳失效大都发生在距内外螺纹接头端面内0.5---1米范围内的内加厚过渡区终了处。也有少量中间管体刺穿失效的事例。
（2）钻杆过渡区腐蚀疲劳失效原因有：
墩粗加厚时易产生皱褶、压坑。
过渡段锥度部分过短且与管体交界处曲率半径太小，造成应力集中。
该处内径由小变大易造成钻井液涡流或滞流，产生气蚀或由于速度突然减慢，残留钻井液。钻杆接头及加厚部分刚性较高，不易弯曲，在狗腿子井段钻杆内加厚过渡区终了处正好是截面突变处，易产生弯曲。
交变弯曲应力与蚀坑形成叠加，致使蚀坑迅速加深并萌生裂纹。
管外过渡区与管内不同，管体比较光滑，且在钻井过程中经常受井壁摩擦，不利于形成蚀坑，在清洗和存放过程中易清洗，无留存，不易发生腐蚀。
10)影响钻杆腐蚀疲劳寿命的主要因素
介质腐蚀性的影响
钻井液低PH值、高的溶解氧浓度会使钻杆的腐蚀疲劳强度大幅下降。H2S、CO2、溶解氧、盐、酸等都是影响钻柱腐蚀疲劳的主要腐蚀介质。而且几种介质同时作用，使腐蚀更加严重。-------在大量H2S气侵的情况下，钻井液的PH值会降到4-5左右，产生硫化物应力腐蚀和氢脆。硫化氢腐蚀的主要形态是全面腐蚀和很深的溃疡状腐蚀，在钻柱表面形成形状、大小、深度各异的大量的腐蚀坑河腐蚀条带，导致壁厚变薄、穿孔、破裂。
------ CO2为弱酸性气体，荣誉钻井液后生成弱酸，并电离出H+HCO3-CO32-，且井筒是高温、高压和高浓度的环境，对钻具形成非常严重的腐蚀。其形态为溃疡状腐蚀，严重时呈蜂窝状。气侵后可使腐蚀。
------溶解氧腐蚀是在中性和碱性环境中发生的，而钻井液的PH值大多是中性和碱性。随着氧浓度的增加，腐蚀呈线性增加。它是钻柱使用寿命下降的最主要原因，虽然硫化氢和二氧化碳引起的后果是严重的，但毕竟能造成大量硫化氢和二氧化碳气侵的情况不多，所以最普遍存在钻井液中溶解氧引起的各种形态的腐蚀，如腐蚀疲劳、缝隙腐蚀和点蚀。
钻杆内表面有无内涂耐腐蚀有机材料层。
10结论
1)在深井和超深井的施工中必须使用高质量钻具，尽量采用大尺寸的钻杆，改善钻杆受力的同时可有效增加处理钻具事故的能力。
2)钻具组合时要充分考虑钻柱整体的刚度平滑过渡，避免刚度突变点，如不同尺寸的钻具同时使用时，要注意平缓过渡。钻井参数的合理选择；转速要避免井钻柱蹩跳钻及钻柱共振的产生。钻压要避免钻杆受压导致的钻具屈曲，发生偏磨，钻具断裂等。
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聚焦深井超深井钻井技术 超深井钻探的实施从某种意义上说反映了一个国家最前沿的科技发展水平，也体现了一个国家的综合国力。由钻井院承担的国家863项目超深井钻井技术经过四年的攻关终于划上了一个圆满的句号,并通过了有关部委的审核。在石油工程领域,何为深井、超深井？目前国内国际深井、超深井施工的技术现状如何？超深井钻井工程的主要工作目标是什么？超深井钻井工程的主要技术难点有哪些……带着这些疑问，近日记者采访了国家863项目超深井钻井技术攻关小组成员之一、钻井院工艺所副所长、高级工程师唐洪林,并请他对这些问题进行了解答。 记者：何为深井、超深井？ 唐洪林：按照国际通用概念，井深超过4500米的井称为深井，井深超过6000米的井为超深井，超过9000米的井为特深井。目前世界上深井钻探工作量最大的是美国，迄今为止累计工作量占全球的85%。1984年，原苏联在科拉半岛的波罗地盾结晶岩中钻成世界上第一口12260米特深井SG-3井(1991年第二次侧钻至终深12869米)。专家们在认真考察当今技术水平的基础上，认为利用目前最先进的技术已具备钻达15000米深度的能力，美国已在着手制定这方面的深井钻井计划。 记者：目前国内国际深井、超深井施工的技术现状如何？ 唐洪林：在国外，在目前常规的技术条件下，施工一口井深为5000米- 6000米的井钻井技术已经成熟。有关的统计表明，目前世界上可以施工4500米以上的深井有80多个国家，其中以美国的施工技术最先进，全世界钻成的6口特深井，美国占3口，原苏联2口，德国1口。从钻井水平和工作量看，美国和前苏联仍居前列，近年来世界上的深井作业量多集中于欧洲的北海。最近几年，由于高新技术在深井钻井作业中的运用数量越来越多，使得深井钻井工程成为又一个高新技术密集区。 国内自1966年大庆钻成中国第一口深井—松基6井(完钻井深4719米)开始，中国深井钻井已经历了35年的历史，主要深井和全部超深井均分布于四川和新疆。在1978 -1998年的时间内，中国先后完成3口7000米超深井。根据有关资料的综合分析，可将1994年作为一个分界点，在此之前，国内钻井技术人员在复杂地质条件下还不能完全掌握或运用深探井科学施工规律，只能用“科学探索”办法解决复杂深探井(特别是新区第一口探井)施工的基本问题，更谈不上用“高新技术”或“先进适用技术”提高钻速、减少钻头用量、缩短周期、降低成本等解决复杂问题。继“五口科学探索井”在塔里木盆地成功实施以后，该
新型螺杆钻具的研发及发展方向摘要 由于目前国内螺杆钻具制造技术水平的限制，再加上使用操作不当，造成螺杆钻具井下事故频发，由此带来了较大经济损失。因此，如何采取有效的预防措施，最大限度地减少螺杆钻具井下事故发生，既是提高钻井经济效益的迫切要求，也是充分利用螺杆钻具潜在寿命的重要前提。本文系统分析了螺杆钻具的发展方向，并对螺杆钻具有关实际问题提出了有益的建议。 关键词：螺杆钻具；发展现状；新型螺杆钻具；发展方向；研发建议 1螺杆钻具结构及工作原理 螺杆钻具主要由四大部件组成：旁通阀总成、马达总成、万向轴总成及传动轴总成，如图1所示。其外部由旁通阀接头、马达壳体、万向轴壳体及传动轴壳体通过锥管螺纹依次相连，内部连接顺序是：马达转子的下端与万向轴相接，万向轴的下端与传动轴相接。 图1 螺杆钻具四大部件 旁通阀总成位于马达总上端，当下钻时，钻柱内腔与钻柱外环空相通，钻柱外环空的钻井液进入钻柱内腔，起钻时，钻柱内腔的钻井液进入钻柱外环空，起到平衡钻柱内外压力平衡作用。 马达总成是螺杆钻具的核心机构，也是螺杆钻具的动力源。马达由转子和定子两个部件组成，从马达的一端流到另一端时，推动转子在定子中转动，将液压能转换为机械能。螺杆钻具的转子头数越多，转速越低，扭矩越大；头数越少，转速越高，扭矩越小。
万向轴总成主要有万向轴和万向轴外壳组成。万向轴总成的作用是把转子的行星运动转换为传动轴总成的定轴转动。它把马达和传动轴联成一体并把马达提供的转速和扭矩传递给传动轴及钻头。 传动轴总成是位于螺杆钻具的下端，传动轴总成的作用是将马达产生的旋转动力传递给钻头。 螺杆钻具以钻井液（或压缩气体）为动力，钻井液（或压缩气体）由钻杆进入螺杆钻具旁通阀总成后，使阀芯关闭，然后进入螺杆钻具马达总成，在马达进出口处形成一定压差推动马达的转子旋转，产生扭矩和转速，通过万向轴和传动轴总成传递到钻头上，达到钻井的目的。 2发展现状 美国在50年代中期开始研制螺杆钻具，1962年用于生产，不同厂家生产的有迪纳钻具、纳维钻具和波斯钻具，其基本原理都是基于容积式马达，只是内部结构和技术参数有不同。近十年来，随着水平井、径向井、分支井的大量涌现，螺杆钻具的发展也产生了质的飞跃，在美国和西欧，几乎90%的大、中曲率半径水平井的定向造斜和水平井段都是由螺杆钻具钻成，目前已发展出许多新型的专用螺杆钻具。 国内螺杆钻具的研制起步较晚，从20世纪80 年代中后期形成一定规模，目前常规螺杆钻具已规格化、系列化，各主要生产厂家中大港、北京、德州等厂家产品已覆盖国内绝大部分市场。在工作寿命、易损件耐磨性、特种螺杆的设计制造等方面与国外有一定的差距。国内马达数一般为4级或6级，不能完全满足水平井等一些特殊工艺的需要，短半径水平井钻井作业的钻具在国内也只处于起步阶段。 3新型螺杆钻具简介 随着螺杆钻具研发技术水平的提高，加之新材料、新工艺的不断涌现，螺杆钻具的泵体技术发展较快，出现了以下几类能够解决专项问题、满足不同需要的螺杆钻具。 （一）串联多级马达 串联马达的动力段总成增加了一节动力段，中间用一钛挠性轴相连，使马达输出的扭矩和功率增加，但其需要的驱动量、转速与单一动力段马达是一样的，设计与制造材料方面的改进，使串联马达具有极好的耐用性。 （二）加长马达 加长马达就是把动力段加长，使马达的输出扭矩增加。加长马达装备有改进的加强的轴承组合，设计时用有限元分析法评估了各部分的性能，从而能满足输出大扭矩、高负载的需要。 （三）中空转子马达 大斜度井和水平井需要大排量洗井以利于清砂，实心转子马达额定排量小，中空转
深井钻井技术工艺探讨 深井钻井技术工艺探讨 摘要：钻井过程中，常会受地层的影响遇到一些深井。此类井由于深度特别深，井下地质状况不甚明晰，往往由于相关预告不准确导致钻井出现许多情况，从而影响钻井的速度和效率。而探讨这些因素，进行深入分析，并提出相关解决策略是摆在相关工作者面前的一项重大课题。本文结合笔者经验就深井钻井来讲，如何提升钻井技术工艺谈几点看法。 关键词：深井钻井技术工艺策略 在钻井过程中，常常会受地层的影响遇到一些深井。此类井由于深度特别深，井下地质状况不甚明晰，往往由于相关预告不准确导致钻井出现许多情况，从而影响钻井的速度和效率。而探讨这些因素，进行深入分析，并提出相关解决策略是摆在相关工作者面前的一项重大课题。本文结合笔者经验就深井钻井来讲，如何提升钻井技术工艺谈几点看法。 一、深井钻井所存在的问题分析 深井钻井要穿过多套地层，这些地层跨越的地质时代较多、变化较大，相应的地质条件错综复杂，同一井段可能包括压力梯度相差较大的地层压力体系和复杂地层等，施工时一口井中需要预防和处理几种不同性质的井下复杂情况。再加上深部地层高温、高压、高地层应力等，会使井下复杂的严重程度和处理复杂的难度大大加剧。就目前我国的钻井技术水平来说，钻深井存在的技术问题主要以下几个方面： 钻井的主要装备性能差、比较陈旧，和国外的先进装备相比落后的太远了。上部大尺寸井眼和深部井段提高钻井速度是一大难题。多层套管时，深部井段小井眼的钻井速度问题。减小技术套管磨损和破裂后处理问题。防斜打直技术。深井固井质量问题。井漏、井涌、井塌、缩径等复杂情况的预防和处理。深井定向井、水平井钻井技术。深井钻井液现有体系中的包被剂抗温问题、高温稳定剂的复配问题、
钻杆失效原因分析 在钻井过程中，钻杆在任何部位失效都会造成严重的后果，甚至使井报废。我国各油田每年发生钻杆事故约五六百起，经济损失巨大，每年进口各种规格的钻杆就要耗用数亿元人民币的外汇。随着浅层资源的不断枯竭，今后越来越多的钻深井、超深井，钻杆的安全可靠性就成为一个十分突出的问题。 钻杆失效一般表现为本体断裂和刺漏，钻杆螺纹处失效等。原因大致是由以下一些因素引起的：钻进时钻杆的基本力学工况，钻具的组合及钻井工艺，井径规则性，偏磨，螺纹密封脂，钻井液，钻杆结构和材料，地层因素，井内腐蚀介质等，以上因素交互作用的结果导致钻杆失效。 钻杆的基本力学工况钻杆在内外充满钻井液的狭长井眼里工作，通常承受压、弯、扭、液力等载荷。如果钻杆所受应力小于每平方米206.8牛顿时，钻杆虽经过无数次的弯曲，也不会产生疲劳裂纹。钻井时钻杆承受弯曲、扭转和拉伸应力组成的复合应力很大，特别是在大位移定向井及水平井中扭矩极大，钻杆在远远小于100万次弯曲次数时便产生疲劳微裂纹；微裂纹产生后便不断扩大延伸，此时如果具有腐蚀作用的高压钻井液进入微裂纹中，就会加速裂纹扩展，最终导致钻井液刺穿钻杆的失效事故。刺穿发展的结果，使钻杆有效断面不断缩小，刺孔加裂纹的总长度超过其临界裂纹尺寸时，即发生断裂。除旋转向下的运动，同时还有钻杆的各种振动和涡动。 钻具组合及钻井工艺钻杆作为一个旋转的细长弹性杆件，有其固有振动频率，钻具的组合决定了此固有频率。钻杆旋转时还会产生纵向、横向和扭转3种形式的振动，当它们的频率与固有频率相吻合时则产生共振。共振的结果会在原来钻杆疲劳应力的基础上附加一个额外的疲劳应力，加速钻杆的失效。采用长效螺杆钻杆替代转盘钻定向井、水平井的钻井工艺可以减少钻杆的旋转弯曲疲劳程度。 如牙轮钻头轴产生的纵向振动频率与钻头－钻柱系统的固有自振频率相同时会出现共振，使钻头的振幅增大，产生极大的冲击载荷，加剧钻杆疲劳。再如用于不同直径或不同扣型钻杆过渡的配合接头使用不当，配合接头本身螺纹(主要是公扣)和与之相连的钻杆螺纹就可能断裂。
深井超深井钻井技术 第一节概述 (1) 第二节地层孔隙压力评估技术 (2) 第三节井身结构及套管柱优化设计 (4) 第四节防斜打快理论和技术 (9) 第五节地层抗钻特性评价与钻头选型技术 (14) 第六节井壁稳定技术 (18) 第七节钻井液技术 (23) 第八节固井技术 (27) 第九节深井测试和录井技术 (31)
第一节概述 对于油气井而言，深井是指完钻井深为4500～6000米的井；超深井是指完钻井深为6000米以上的井。深井、超深井钻井技术，是勘探和开发深部油气等资源的必不可少的关键技术。在我国，深井、超深井比较集中的陆上地区包括塔里木、准噶尔、四川等盆地。实践证明，由于地质情况复杂（诸如山前构造、高陡构造、难钻地层、多压力系统及不稳定岩层等，有些地层也存在高温高压效应），我国在这些地区（或其它类似地区）的深井、超深井钻井工程遇到许多困难，表现为井下复杂与事故频繁，建井周期长，工程费用高，从而极大地阻碍了勘探开发的步伐，增加了勘探开发的直接成本。 在“八五”末期，虽然我国在3000m以内的油气井钻井方面已接近国际80年代末的技术水平，但当井深超过4000m时，我国的钻井技术与国外先进水平相比仍有较大差距。美国5000m左右的油气井钻井周期约为90天，5500m左右约为110天，6000m左右约为140天，6500~7000m约为5~7月。然而，我国深井平均钻井周期约为210天左右，特别是在对付复杂深井超深井工程方面的钻井能力和水平比较低，没有形成一整套与之相适应的深井超深井钻井技术。 为了尽快适应我国西部深层油气资源勘探开发工程的迫切需要，在“八五”初步研究的基础上，中国石油天然气集团公司将“复杂地层条件下深井超深井钻井技术研究”列为“九五”重大科技工程项目之一（项目编号：960024），调动全国的优势科研力量开展大规模攻关研究，试图使塔里木、准葛尔、四川等盆地的深井超深井钻井技术水平有较大提高，基本满足这些地区深部油气资源高效钻探与开采的技术需求。通过五年多的持续攻关研究，该项目攻关集团攻克了不同地质条件下深井超深井钻井技术的许多难题，有力地推动了我国复杂地质条件下深井超深井钻井技术的发展，取得了丰硕的理论和技术研究成果（2002年通过专家验收评价），可概括如下： 1．项目共完成深井超深井91口，其中，由塔里木攻关集团完成一口国内最深的超深井（塔参1井），完钻井深7200米，完成6000米以上的超深井6口，4500-6000米的深井85口。各攻关集团完成的深井超深井数量分别为：塔里木攻关集团26口，准葛尔攻关集团45口，四川攻关集团12口，塔西南攻关集团3
螺杆钻具壳体联接螺纹的强度分析及优化本文针对当前螺杆钻具失效问题,以壳体联接螺纹为研究对象,从钻具振动入手,对于螺纹参数优选问题展开研究。螺杆钻具被称为定排量马达(PDM),它是一种容积式井下动力钻具,主要包括以下几部分：旁通阀、马达总成、万向轴总成和传动轴总成等。 工作原理是将高压钻井液压入马达,使其旋转,从而驱动钻头钻进,这一过程是高压钻井液压力能转化为机械能。与其他动力钻具相比,螺杆钻具本身的结构特点及性能优势决定着其应用范围广、效率高、操作简单等优点。 目前,螺杆钻具失效概率居高不下,钻具振动较大,钻具联接螺纹断裂时有发生。因此,对于螺杆钻具失效问题的研究非常有必要。 螺杆钻具失效类型主要有：壳体断裂、定子橡胶失效、联接螺纹断裂等,多半都是疲劳引起的失效,现如今针对螺杆钻具联接螺纹疲劳寿命及可靠性的研究,还有许多方面要完善,如在联接螺纹寿命计算中将环境载荷及材料性能等看作为常值而不是服从分布的变量,得出寿命值为一固定值；对螺杆钻具联接螺纹寿命的可靠性研究仅限于数据统计和理论计算上,并没有从其振动冲击动态响应方面进行分析研究。因此螺杆钻具联接螺纹强度与寿命可靠性方面研究还需进一步完善。 国内外大量钻井现场显示,螺杆钻具联接螺纹的疲劳破坏主要存在两种失效形式：疲劳断裂和牙齿剪切失效,一般来说最大应力出现于公扣和母扣的最后几牙螺纹附近,螺纹多从此处开始出现裂纹而发生断裂。螺杆钻具壳体承受复杂的交变弯曲应力,由于钻具壳体比其联接螺纹的刚性大,所以应力集中在联接螺纹上,因此极易发生联接螺纹疲劳断裂。
本文针对螺杆钻具壳体联接螺纹结构问题展开分析,分别从螺纹失效、钻柱力学、钻具振动、螺纹强度等几个方面分析问题。查阅国内外相关文献资料,首先了解到螺纹失效类型、失效机理,从螺杆钻具失效问题中得到其联接螺纹失效的原因,分析可能导致此类失效的静态或动态特性,然后通过对钻柱力学和钻具振动的了解,钻具联接螺纹主要受到钻柱动态载荷的作用。 因此在分析螺纹结构强度问题之前,必须对于钻柱力学和振动问题进行分析,以得出螺纹强度分析的初始条件。通过对钻柱力学的分析模拟复杂的钻柱系统的实际受力状态,简化力学数学模型,以提出假设条件,为钻柱建模分析提供了理论支撑。 钻具振动是导致钻具失效的主要原因,在研究螺纹结构之前必须对钻具振动机理及其求解方法进行较为细致的研究,文中列举了多种求解方式,提出较为合理的假设条件,强调了纵向振动对钻柱的寿命影响最大,然后根据实际钻具组合建立了钻柱纵向振动模型,借助于有限元分析软件对钻具组合进行受迫振动分析(谐响应分析),初步得出了钻柱振动规律与特征,同时也为螺杆钻具壳体联接螺纹强度分析提出了初始载荷条件。本文以φ244螺杆钻具为研究对象,对其壳体联接螺纹结构分别从牙型角、螺距、锥度等参数的不同来优选出最佳设计,借助于有限元分析软件进行螺纹几何建模,定义合理边界条件,加载求解分析,提取数据结果(所有齿根位置等效应力、轴向应力,危险点应力值和最大接触应力值等)。 文中针对大量方案组合分析出的庞大结果数据,首先采用正交设计方案三因素三水平进行分析,以减少对三种因素的细化分析方案,然后运用正交数据分析方法(均值化、极差法)进行结果数据整理,在效应折线图上可较为明显地看出各因素各水平的变化特征,进而优化各因素的水平值。最后分别对螺纹锥度和牙型
化学工程与装备 2015年 第2期 96 Chemical Engineering & Equipment 2015年2月 深井、超深井钻井提速技术难点及对策分析 汤卫华 （中石化中原石油工程公司塔里木分公司，新疆 库尔勒 841000） 摘 要：据目前来看，深井、超深井的钻井的钻速持续偏低成为机械运转所面对的一大问题所在，这一问题对开采深部的油气能源造成了极大的障碍。本文首要一点便是从高温直螺杆、涡轮钻具以及旋冲工具等可以提升钻速等工具的使用上进行了使用规律上的研讨，且阐明了在我国的油田中的使用成效如何。此外还对于机械钻速紧密相连的提速技术等的提速机理及使用成效做出相关讨论。 关键词：深井；机械钻速；高温直螺杆工具；钻头优化 随着浅层油气能源的渐近匮乏,国内石油和天然气的勘探形式的标准正逐步由浅层转换向深层的发展，以深井和超深井的方式而存在。而深层地下的油气能源开采的潜能巨大，这种地方多存在于我国的盆地地区。但尽管如此，经实践证明，深层地下若想得以进行开采，面临的主要问题便是深井、超深井钻井提速技术方面的困难，只有提升深井和超深井机械的钻速，才能够加大开采力度、将盆地石油和天然气的开采出来。因此，本文便从深井、超深井机械技术的钻速所面对的困难开始分析，并提出提升技术所采取的主要措施，以使得油田、天然气能源的资源更加丰富。 1 深井钻井提速的难点剖析 1.1 深层地下的岩石质层的钻性较差 伴随着井的深度不断增大，深层地下的岩石所承压的阻力逐步增加，并且致其岩石的缝隙和整体构架产生变化，导致变形，导致其深度平均延伸一千米，岩石的硬度密度、抗挤压的强度以及磨损度翻倍的增长，继而使得岩石的凝固密度更大，联结更加紧密，凿钻度变得越来越差，可钻度也越来越低。图一便为新疆某区块不同井深条件下细砂岩的岩石力学性质的数据分析，据图一可以得出：此地区的石炭系砂岩抗压强度高达221MPa，极大的超出了通常性质的PDC 钻头钻性极点124MPa 的数值。且因这井的深度不断增大，此地区的细砂岩的硬度密度、抗挤压的强度以及磨损度都在不断增长，继而使得岩石的凝结密度更大，联结更加紧密，钻性即变得越来越差。 1.2 深层地下的井内的恒定温度略高 API 的数据表明，正常的温度应为2.7340C/100m。假想若地表温度为200C，则井内的稳定温度则为20+2.734x 井深的长度。若井的深度超出了井5000m 后，则井下的稳定温度则已达到了国际上所规定的高温标准范围(国际标准为1500C)。这将给井下的机械钻速带来很大的困难，同时会造成不小的损失，原因在于，若井下温度过于高，则橡胶材质的工具零件则会经过高温而快速老化，从而造成脱落并失去 了原本效果，从而使得井底的堵塞状况越来越严重，碎屑的长期堆积，从而降低了机械的钻速效果。 1.3 钻头加压带来的难处 在对深井进行凿钻的进程中，往往会随同井深的不断加大，而造成钻柱扭曲的状况发生，这种情况下会致其钻井倾斜的效果，并使得钻压的传递性越来越差，加大了施工的难度，极大降低了传统的钻井方式，破岩的效率大大降低。此外，为了防御钻井倾斜的情况发生，通常会采用保守的轻压
[收稿日期]2007212210 [作者简介]王志刚(19712),男,1995年大学毕业,工程师,现主要从事钻井工程方面的研究工作。 国内外深井钻井技术比较分析 王志刚 (胜利石油管理局钻井工程技术公司,山东东营257064) [摘要]通过对国内外近25年来井深超过4500m 的各种各样深井钻井技术与经济情况的调研分析,认为 美国和欧洲北海地区深井钻井技术居领先水平,我国与国际先进水平有10年以上差距。对比研究了3种 不同的深井钻井技术经济评价方法(体系)特点,初步探讨了深井钻井科技进步的纵横向变化规律及深井 钻井技术经济评价的系统科学问题。 [关键词]深井钻井;钻井设备;系统工程 [中图分类号]TE243[文献标识码]A [文章编号]167321409(2008)012N282203 1 深井钻井技术的发展历史 全世界能钻4500m 以上深井的国家有80多个,但大多数深井集中在美国。有30多个国家能钻6000m 以上的超深井,中国是其中之一,但中国第1口超深井较世界第口超深井(美国)晚了27年。欧洲北海地区深井钻井技术比较先进。苏联拥有一套适用于高纬度地区的先进深井钻井技术,创造了世界钻深12869m 的最深记录,通过技术改造可以在发展中国家应用并取得最佳效益。德国大陆科探深井(KTB )钻探技术已被我国第一口大陆科学探井所借鉴。 近年来受各种因素影响,世界年钻深井数量有所下降,但深井钻井技术发展迅速,基本满足高陡、高温、高压、高密度(高矿化度)及含H 2S 气体等复杂地质条件深钻要求。目前我国深井钻井技术水平与国外先进国家相比大约差15年(知识产权水平约差40年),因此要通过各种办法(如“科探井”和“高探井”计划)缩小差距,以适应我国国民经济持续、快速、协调发展的要求和“西气东输”、“气化中国”等工程的需要。 1966年7月28日我国钻成第1口深井———松基6井,井深4719m 。1976年4月30日我国完成第1口超深井“女基井”,井深6011m 。从第1口深井完钻至今,我国先后钻成的3口7000m 以上超深井是关基井(7175m ,1978年)、固2井(7002m ,1979年)及塔参1井(7200m )。2000年中国石油化工集团公司最深井沙82井完钻井深6346115m 。1998年中国海洋石油总公司所钻海上最深井开发井,完钻井深9238m 。 2 深井钻井设备发展与进步 深井钻井技术系统高度复杂,属于开放的复杂性系统或非线性复杂性系统,其复杂特性主要表现在“六个非”上,即非单一、非有序、非透明、非确切、非定量、非理性,思考这些问题需要运用各种综合方法。几乎所有先进适用的工程技术措施(含人工智能钻井专家系统),都在深井勘探与开发过程中得到验证、应用和发展。深井钻井技术水平从整体上反映了一个国家或一个时代的工程技术水平。 深井钻井技术装备系列化、标准化、规范化,20世纪80年代中期首次形成高峰,本世纪初将形成第二次高峰。至20世纪90年代末,深井钻机基本采用AC2SCR2DC 电驱动钻机(交流电机效率96%,直流电机效率91%,绞车减轻20%～30%,占地面积少25%～40%)和顶部驱动装置(安装顶驱占钻机总数23%以上,包括动力水龙头),井口机械化、井下自动化和整机智能化水平大幅度提高。 目前深井钻机正朝着AC2GTO2AC 电驱动和满足HSE 及TQC 综合性能要求的方向发展。美国在撒哈拉沙漠等地区使用的6000m 深井钻机代表了当今世界钻机最先进水平(符合A PI 标准),其设计制?282?长江大学学报(自然科学版) 2008年3月第5卷第1期:理工Journal of Yangtze U niversity (N at Sci Edit) Mar 12008,Vol 15No 11:Sci &Eng
1集团公司积极井控的理念是什么 答：风险评估、设计把关、主动防控、有序应对、保护油气。 2、什么是溢流 答：当井侵发生后，（1）井口返出的钻井液量比泵入的钻井液量多； （2）停泵后井口钻井液自动外溢，这种现象称之为溢流。 3、井喷失控的危害有哪些 答：（1）打乱全面的正常工作秩序，影响全局生产； （2）井喷失控极易造成环境污染，影响井场周围居民的生命安全，影响农田、渔场、牧场、林场环境； （3）伤害油气层、破坏地下油气资源； （4）造成机毁人亡和油气井报废，带来巨大的经济损失； （5）涉及面广，在国际、国内造成不良的社会影响。 4、什么是静液压力 答：所谓静液压力是由静止流体自身重量产生的压力。其大小取决于流体的密度和垂直高度，与液柱的横向尺寸及形状无关。 5、什么是地层压力 答：地层压力是指地下岩石孔隙内流体的压力，也称孔隙压力 6、什么是井底压力 答：井底压力就是指地面和井内各种压力作用在井底的总压力。 7、溢流发生的原因有哪些 答：（1）起钻时井内未灌满钻井液； （2）井眼漏失； （3）钻井液密度低； （4）抽汲； （5）地层压力异常。 8、钻进过程中发生溢流的直接显示有哪些 答：（1）出口管线内钻井液流速增加，返出量增加； （2）停泵后井口钻井液外溢； （3）钻井液罐液面上升。 9、起下钻时发生溢流的直接显示有哪些 答：（1）起钻时，当灌入钻井液量小于起出钻具的排替量时，则说明发生了溢流； （2）下钻时，当钻井液返出量大于下入钻具排替量时，则说明井内发生了溢流。 10、发现溢流为什么要迅速关井 答：（1）控制井口，有利于实现安全压井； （2）制止地层流体继续进入井内； （3）保持井内有较多的钻井液，减小关井和压井时的套压值； （4）可准确计算地层压力和压井液密度。 11、发生溢流时软关井的优点和缺点有哪些 答：（1）优点：避免产生“水击效应”。 （2）缺点：关井时间长，在关井过程中地层流体仍要进入井内，关井套压相对较高。 12、硬关井的优点和缺点有哪些 答：（1）优点：关井时间短，地层流体进入井筒的体积小，关井套管压力相对较低。 （2）缺点：关井时井控装置受到“水击效应”的作用对井口装置不利。 13、按照《中国石油天然气集团公司石油与天然气钻井井控管理规定》规定，简述起下钻杆时的关井程序 答：（1）发出信号； （2）停止起下钻作业； （3）抢接钻具止回阀或旋塞阀； （4）开启液（手）动平板阀； （5）关防喷器（先关环形防喷器，后关半封闸板防喷器）； （6）先关节流阀（试关井），再关节流阀前的平板阀； （7）认真观察、准确记录套管压力以及循环池钻井液增减量，并迅速向队长或钻井技术人员及甲方监督报告。 14、按照《中国石油天然气集团公司石油与天然气钻井井控管理规定》规定，简述钻进时的关井程序 答：（1）发出信号； （2）停转盘，停泵，上提方钻杆；
井下作业典型事故案例分析（二） 二OO七年一月
目录 一、××井挤水泥固油管事故 二、××井套铣筒卡钻事故 三、××井试井钢丝及油管落井事故 四、××井深井泵衬套落井事故 五、××井铅模卡钻事故 六、××井管串喷出地面事故 七、××井铣锥除垢卡钻事故 八、维修检泵井返工案例剖析 ××井活塞通不过封隔器检泵返工案例 ××井管式泵倒下返工案例 ××井油管漏失返工案例 ××井抽油杆被磁化返工案例 九、作业现场着火案例剖析 案例一：××井静电引起着火案例 案例二：××井清蜡剂着火案例
一、某井挤水泥固油管事故 某井为光油管挤水泥钻具，作业队按设计要求替完水泥浆后即开始挤，最高压力达25MPa，挤完后上提管串欲反洗井就已卡死，此时，从配水泥浆起时未超过水泥浆的初凝时间（初凝时间为1小时25分，作业用的水和水泥均合格）。 <一>、原因分析 高压下挤水泥会缩短水泥初凝时间，泵压25MPa加液柱压力16MPa，则作用于井底的压力为41MPa之多，再加温度高，水质变化，水泥浆初凝时间缩短一半多。 附：压力变化对水泥初凝时间的影响表。 压力变化对水泥初凝时间的影响表 此外，打水泥固死油管的事故原因有五： 一是整个作业过程因设备或生产组织不当致使作业时间超过水泥浆的初凝时间； 二是井下管串因故脱落造成落井油管固死； 三是套管破损光油管挤水泥时水泥浆上返进入破漏段； 四是带上封挤水泥时因管外串通或下带直嘴孔径过大，故嘴损压力小致使封隔器座封不严导致水泥浆上串到封隔器以上； 五是油管本身有破裂之处造成液体分流加之油管未起出水泥浆外。
本井属第六种原因，既当地面加压25MPa时，井底压力相当于41MPa，故水泥浆初凝时间缩短55%左右，加之井下管串未提出水泥面，故而造成水泥固死油管的事故。 <二>、预防措施 预防此类事故的发生： 1、参考在施工井的温度和施工压力条件下水泥浆的初凝、终凝时间数据； 2、要保证施工用设备完好运转； 3、要做好施工准备、反洗井前的施工时间不得超过水泥浆初凝时间的70%； 4、在反洗井前及时上提井下管串至预计水泥面以上； 5、要在下钻过程中随时观察指重表并要在挤水泥施工前试提井下管串校核、对比悬重； 6、要在光油管挤封井上先套管找漏证实套管完好程度，防止水泥浆上移而固死油管； 7、在单上封的井施工要保证封隔器座封完好； 8、在多层井挤水泥前要有验串资料； 9、下入井的油管要完好无损
螺杆钻具力学分析 下部钻具组合力学分析是井眼轨道控制理论的基础和重要组成部分，长期以来这一问题的研究一直受到国内外的重视，并取得了重大进展，研究成果使钻井工艺逐步发展成为一门建立在理论分析基础上的科学。其具有代表性的方法有Lubinski经典数学微分方程法，https://www.doczj.com/doc/bb3510106.html,lem的有限元法，B.H.Walker的能量法，白家社的“纵横弯曲法”[8]。 3.2.1 纵横弯曲法概述 纵横弯曲法是把一个带有多稳定器的下部钻具组合看成为一个受有纵横弯曲载荷的连续梁，然后利用梁柱的弹性稳定理论导出相应的三弯矩方程组，以求解BHA的受力与变形。在纵横弯曲法中，首先是把BHA从支座处（稳定器和上切点等）断开，把连续梁化为若干个受纵横弯曲载荷的支梁柱，用弹性稳定理论求出每跨间支梁柱的端部转角值，利用在支座处转角相等的连续条件和上切点处的边界条件列写三弯矩方程组。三弯矩方程组是一系列以支座内弯矩和最上一跨长度（表征上切点位置）为未知数的代数方程组，对其进行求解即可得到BHA 的受力和变形。 假设其遵循的条件: （1）弯接头以下的动力钻具组合简化为等效钻挺（均匀、连续的等圆环截面梁柱）； （2）钻头底面中心位于井眼中心线上，钻头和地层间无力偶作用； （3）钻压为常量，作用在钻头中心处的井眼轴线的切线方向； （4）井壁为刚性体，井眼尺寸不随时间变化； （5）稳定器（偏心垫块）与井壁的接触为点接触； （6）上切点以上钻柱一般因自重而躺在下井壁上； （7）钻具组合在变形前后，其弯接头弯角顶点处的两条切线保持不变； （8）不考虑转动和震动等动态因素的影响； 3.2.2 弯矩等效处理 首先对单弯螺杆钻具经行弯矩等效处理； 由于螺杆钻具具有弯曲的结构，必须对其进行弯矩等效处理，即把存在一个弯角的曲梁柱，用一集中载荷作用在弯角处的直梁代替。即用一当量横向集中载荷Qd作用在弯曲点处的直梁柱代替它初始弯曲对曲梁柱变形的影响。Qd所产生的弯矩图应与轴向力p由于初始弯曲所产生的弯矩图相同，由弯矩相等: L c L c Q pa d ) (-=
浅析冀东油田深井钻井技术 石油钻井受众多因素影响，特别是深井钻井因为钻进深度较大、地层信息不明确，往往会由于各种因素影响造成井下复杂状况增多，影响钻井速度和效益，本文结合深井钻井技术实施中存在的问题，对钻井技术措施进行了探究。 标签：深井钻井；技术难点；技术措施 冀东油田油气资源勘探开发中，应用了较多深井进行采油作业，因深井钻井储层埋深加大、地质因素不明确、部分岩层硬度较大、温度和压力变化大以及井壁易坍塌等原因，造成钻井中存在一定困难。特别是多套层系共生、储层和盖层交错复杂以及广泛分布软泥层和盐膏层等特点，造成钻井技术实施存在较多难点。因此，有必要结合深井钻井困难和钻井技术实施中的难点，采取有针对性的措施进行深井钻井。 1 深井钻井技术实施难点 结合冀东油田地质条件，深井钻井技术实施中需要钻穿多套年代和性质存在较大差异的地层，一口油井钻井中不同深度压力也存在较大差异，同一口油井不同深度地层钻井需要分段采取不同技术手段应对不同的地质条件和各类复杂状况，同时地层深度较大后存在压力、温度、地层应力较高等问题，加剧了井下复杂状况发生的概率，特别是多套压力系统的存在，造成漏失和井喷威胁同时存在。就钻井技术实施而言，钻井技术装备与国际先进深井钻井存在一定差距，浅层地层的大尺寸井眼钻进和深层钻速提升存在一定困难；同一油井钻进中需要配套多层套管，深层地层小井眼钻速提升存在困难；有针对性的套损和防斜打直技术实施需求较大；深层地层钻井中地层漏失、喷涌、坍塌和缩径等问题同时存在，钻井液配制中需要同步考虑包被剂抗温、高温稳定剂等多种试剂和复配问题，同时还要考虑钻井液流变稳定性和环保问题；钻进地层较多后存在部分高陡构造，易加大钻井质量控制难度。 2 冀东油田深井钻井技术措施 2.1 井身设计优化 油井井身会对钻井效率、效益和安全性产生重要影响，要结合区块地质开发资料和邻井开发情况，以及三压力剖面和地层特点等进行井身轨迹优化设计。一般在确保完井尺寸的情况下尽量减小井眼尺寸，确保浅地层大尺寸钻进速度，同时还要满足套管下入、优快钻井和完井质量要求。比如在濮深某油井沙三段地层钻进中，深度3700-4000m地层承压性较低，破压当量密度仅为1.6kg/L，在井身设计时充分考虑该因素，在上层地层钻井中应用Ф244.5mm的套管对地层进行封隔，虽然增加了施工成本，但避免了下部地层钻进中上部地层的漏失、坍塌等危害，确保了优快钻井。
第37卷 第1期2015年1 月石 油 钻 采 工 艺 OIL DRILLING & PRODUCTION TECHNOLOGY Vol. 37 No. 1Jan. 2015 文章编号：1000 – 7393（2015） 01 – 0139 – 04 doi:10.13639/j.odpt.2015.01.036南海深水钻井井控技术难点及应对措施 叶吉华1 刘正礼1 罗俊丰1 畅元江2 （1.中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳 518067；2.中国石油大学（华东），山东青岛 266580） 引用格式：叶吉华，刘正礼，罗俊丰，等. 南海深水钻井井控技术难点及应对措施［J ］.石油钻采工艺，2015，37（1）：139-142.摘要：深水钻井井控存在着海床不稳定、地层破裂压力低、地层压力窗口窄、以及存在浅层气、浅层水流、气体水合物和海底低温等诸多问题。在对国内外深水井控技术充分调研的基础上，针对南海深水钻井井控特点和难点，结合近年南海深水钻井设计和作业实践经验，详细分析了深水钻井井控存在的地层压力窗口窄、溢流监测困难、压井难度大和压井作业时间长、井控设备复杂、存在水合物风险等问题，研究提出了有针对性的解决方案，并以南海深水井为例介绍了深水井控的具体措施。 关键词：深水钻井；井控难点；溢流；压井；水合物中图分类号：TE58 文献标识码：B Technical difficulties and countermeasures in well control of deepwater drilling in the South China Sea YE Jihua 1, LIU Zhengli 1, LUO Junfeng 1, CHANG Yuanjiang 2 （1.Shenzhen Branch of CNOOC , Shenzhen 518067, China ; 2. China University of Petroleum , Qingdao 266580, China ） Abstract: Due to the differences in sedimentary environment, deepwater drilling environment, and well control equipment of deepwater strata, the well control of deepwater drilling is trapped in many problems such as seabed instability, low formation fracture pressure, narrow formation pressure vessel, and the presence of shallow gas and shallow flow, gas hydrates, and subsea low temperature. Building on a full investigation about well control of domestic and foreign deepwater drilling and considering the characteristics and difficulties of well control of deepwater drilling in the South China Sea, a targeted solution is proposed based on the recent deepwater drilling design and operating experience and a detailed analysis of existing problems in well control of deepwater drilling, such as narrow formation pressure vessel, difficult overflow monitoring, difficult and long well killing operation, complex well control equipment, and the presence of hydrates. Specific measures about deepwater well control are also provided with the deepwater wells in the South China Sea as an example. The understanding and measures presented in this paper may provide a reference for the well control operations of deepwater drilling in the South China Sea. Key words: deepwater drilling; difficulties in well control; overflow; well killing; hydrate 基金项目：“十二五”国家科技重大专项“深水钻完井及其救援井应用技术研究”（编号：2011ZX05026-001-04） ；国家自然科学基金“海洋深水浅层钻井关键技术基础理论研究”（编号：5143009）。 作者简介：叶吉华，1976年生。2000年毕业于西安石油学院石油工程专业，主要从事深水及超深水井钻井工程设计和钻探工作，工程师。 E-mail ：yejihuadeepwater@https://www.doczj.com/doc/bb3510106.html, 。 在海洋深水区钻井时，由于海洋沉积环境和作业工况的变化，地层承压能力低，隔水管压井、阻流管线长、摩阻大，压井时容易导致井漏，发生喷漏共存、地下井喷等复杂情况，故井控难度更大。且由于深水钻井防喷器组安装在海底泥线处，井涌余量随着水深的增大而减少，相对于浅水而言，油气会在短时间内窜入隔水管内，更容易造成井涌井喷事故。 此外，深水钻井平台和作业装备的复杂性特点也给 深水井控带来巨大的挑战［1-2］ 。深水钻井井控技术方面的研究与实践主要集中在早期溢流和井涌监测、压井方法研究及井控设备选择等方面，缺乏对深水钻井井控难点及其应对措
国内外深井、超深井井下工具简介 按照我们国家对深井、超深井的界定，深井是指井深大于4500m 的井，超深井是指井深6000m以上的井。迄今，世界上最深的井为前苏联的SC-3井，井深12869m。目前，美国深井、超深井的钻井水平大致为：5000m的井完井周期3个月，6000m的井完井周期6个月，7000m的井完井周期12个月。 深井、超深井对钻井的方方面面都是一个极为严峻的挑战，其关键技术包括：先进的地震技术以及对地震资料的准确判读与分析；对邻井钻井资料的全面采集、处理和利用；功率、功能强大且易于控制的钻机设备；先进的数据采集、分析系统和先进的用于不同目的的井下工具；科学合理的钻井设计；成熟的钻井工艺技术；高温高压泥浆体系；科学、强化的生产技术管理等。 随着世界范围内深井、超深井钻井数量与钻井难度的逐年递增，国内外各大石油公司近几年先后开发研制出了用于深井、超深井防斜打直、提高钻速、井眼轨迹和井下参数测量与控制、井眼扩大规整、刚体膨胀管补救、深井扩孔等先进的井下工具，现一一简单介绍如下： 1、井下动力钻具---用于提高机械钻速 ●国产螺杆钻具耐温低，仅能用于上部井段； 1
●BakerHughes INTEQ的高速螺杆钻具采用新的橡胶定子制 造工艺，耐温190℃，且转速与排量成正比，输出功率是涡轮钻具的两倍多； ●俄罗斯的带齿轮减速箱新型涡轮钻具耐温可达250℃∽ 300℃； ●美国Manurer公司为钻高温地热井研制的齿轮减速涡轮钻 具成功钻成了温度高达316℃的地热井； 2、旋冲钻井工具---用于提高机械钻速 ●国内：厂家众多，成熟较少，究其原因，主要有三：一是寿命 短，二是无匹配之钻头，三是无深部极硬之地层，故效果不明显。现场应用最好当属江苏东海的科钻1井，但该井具以下特点：连续取心，工具一次下井工作时间短；钻头为孕镶式天然金刚石取心钻头，抗冲击能力强；地层为非沉质岩地层，硬度高、可钻性差、研磨性强，故应用效果明显； ●国外有适合于地层、同时也适合于工具的专用钻头，如图1。 1
超深井钻井技术研究及工业化应用 摘要自改革开放以来，我国的社会经济保持着高速发展，经济体量不断壮大，已经成为世界第二大经济体，而随着经济的发展，科学技术水平也在不断提高，其中超深井钻井技术也取得了长足进步。石油是经济发展和社会发展过程中不可或缺的资源，而为了人类的进步和发展，石油勘探技术也在不断提高，越来越多的钻井、越钻越深的钻井、从陆地转向海洋的钻井，这些都见证着我国钻井技术的发展历程。本文主要分析和探讨了超深井钻井技术的研究和工业化的应用。 关键词超深井钻井；技术研究；工业化应用 近些年來，随着石油资源的不断开采和消耗，深层找油也变得也来越多，超深井钻井技术的应用日益变多，但超深井开采会遇到多方面的问题，包括深高温高压、层岩性等因素，这些问题会对钻具、钻速、井斜等产生直接影响，进而造成事故发生。 1 超深井钻井遇到的各类问题 随着经济的快速发展和对石油资源的更大需求，我国油气资源勘探开发的步伐不断加快，开始向更深层次进发，特别是在塔里木盆地、四川盆地等地方的超深层油气勘探，使得对超深井钻井技术提出了迫切的需求和更高的要求。但是因为超深井钻井工程通常所处的地质环境都比较复杂，所以钻井会遇到各种问题，有些甚至是世界级难题，给我国油气资源的开采带来了巨大挑战，主要包括以下几个方面。 1.1 地质条件比较复杂 通常油气资源丰富的西北地区，地层时代都比较古老、构造活动期次频繁、演化程度也很高，很多地区还存在厚砾石层、陆相地层胶结致密等现象，地层压力系数超过2.4。同时地层埋藏深、地层比较坚硬、岩石强度较高、可钻性比较差、研磨性较强、机械钻速相对低[1]。 1.2 井身结构设计困难 因为西北以及川东北地区由纵向上分布的压力系统很多，同时由于破碎带、低承压层等方面的影响，所以造成了井身结构设计和优化的难度较大；超深井因为上部套管尺寸很大、下深相对较深，所以经常会出现抗内压和套管抗挤强度达不到标准。 1.3 气候条件造成困扰 因为工程所处地区的原因，往往会引发高温状况下，钻井液黏土出现分散、