讲座-钻具使用、管理、失效与预防

钻杆钻具失效与预防在钻井过程中，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。

井径不规则影响井径不规则或扩径严重的井段，钻杆的弯曲程度随之相应增大，钻杆旋转时连接螺纹部位受交变弯曲应力加速钻杆疲劳失效，同时螺纹连接受力复杂化，加剧了螺纹疲劳损坏。

井下复杂预防及故障处理一、钻进中复杂情况的预防1、钻井过程中防止卡钻事故，正常情况下钻具在井内静止不得超过3分钟，每次转动不少于10圈，上下提放的距离不少于4米，必要时连续转动或上下活动，并适当改变位置，每次活动都要使悬重、泵压恢复正常。

2、设备发生故障，不能用钻机活动钻具时，要想其他办法活动。

井浅时用人力或大钳活动，防止粘卡。

井深确实无法活动时，应立即把钻具全部重量压在井底。

维持单泵循环，防止循环失灵。

3、钻具在裸眼内因检修设备或吊测时，方余或吊卡一般高于转盘面2米以上，不要坐在转盘面上，防止粘卡而无法活动钻具。

4、上提钻具有遇卡现象时，不可强提硬拔，应用小排量顶通，再逐步加大排量循环。

若无效果，应采取倒划眼、少提多放等方法处理，切忌拔死。

5、发现钻具由于静止粘卡，首先要抓紧时间大幅度上下活动（先压后提）强行转动钻具，同时开泵循环。

根据设备能力和与钻杆钢级在安全负荷内活动。

转动根据钻杆的允许扭转圈数不能超载。

下压不宜老在同一悬重，防止疲劳折断，钻具下放不要过猛，防止大钩倒挂，不要上提拉力静止，防止粘吸范围扩大，同时注意刹车，防止解卡后顿钻。

6、循环或钻进中发现井漏：泥浆只进不出或漏失量超过3方应立即起钻，起钻时要连续大排量灌泥浆，一直起到套管内。

井漏后除及时采取措施外，要立即向上级汇报。

7、采用双泵钻进时，打完单根先停一个泵，提出方钻杆再停一个泵，接好单根先开一个泵，泥浆返出后再开另外一个泵，操作人员待泵压正常后手才可以离开气门。

8、钻进中如果钻进钻时比较快的地层,应在钻完单根后划眼修整井壁和携砂,必要时可采取循环携砂的办法处理,不可一味抢钻,盲目抢速度.9、钻遇盐层井段时,除泥浆采取预处理外,还要采用试钻,开始每钻进1～2米上提观察有无显示,每钻完单根要划眼修整井壁,应尽量避免在盐层井段长时间大排量循环.10、钻进中应有专人每半个小时记录一次泵压变化,发现异常必须查明原因，司钻等重点岗位每班必须对井下情况掌握清楚,在交接班时把井下情况,设备状况,泵压,悬重等给下一个班交接清楚。

钻具失效分析及预防措施研究摘要：在钻井作业过程中，井下钻具的工作环境十分恶劣，要在高温高压环境下承受各种应变载荷和剧烈碰撞，同时要受到钻井液的冲刷和腐蚀。

当钻具在井下出现刺漏、断裂等失效问题后，轻者需要起钻更换钻具，重者会因为钻具断裂导致停钻打捞落鱼，对钻井施工造成严重损失。

因此对钻具失效原因进行系统分析并给出应对策略，对降低井下事故发生概率、提高油气田开发效率具有重要意义。

关键词：钻具；失效；预防措施油气田勘探开发过程中钻具受力状态十分复杂，所以其失效形式也多种多样。

在钻井作业中，井身结构复杂，作业工序繁杂，钻柱在井下运动，除了自转还有公转，受力有静载荷也有动载荷，还有拉、压、弯、扭等力，又有司钻操作或打捞震击等复杂工艺引起的冲击力。

在井下运转过程中还受到腐蚀、磨损、温度及压力的影响。

钻具在存放过程中，受到潮湿气候的锈蚀等。

钻具失效几率高。

分析钻具的使用情况，失效形式有如下几种：疲劳失效、磨损失效、腐蚀疲劳失效。

一、钻具失效的主要原因钻具失效往往是由于多种原因共同作用造成。

据统计，钻铤和钻杆是最易发生失效的部位，因钻具自身质量问题造成的失效比例是12.8%，因现场使用不当造成的失效比例为32.2%；因井下工作环境造成的失效比例是52%；由于运输、保存原因造成的失效比例是3%。

1、钻具自身材质因素。

对钻具失效的统计分析表明，生产过程中使用的原料材质品质较差、生产工艺不达标和产品尺寸偏差大，是导致钻具失效的主要原因，主要表现在：①钻杆加厚部位的结构存在问题；②钻杆、钻铤等钻具间的转换接头质量差；③螺纹加工标准低，在应力集中作用下发生问题，导致应力损伤；④钻柱强度不达标。

2、环境因素。

造成钻柱失效的最主要的环境因素是钻井液腐蚀，钻井液的含砂量、pH 值、润滑性、流态、温度等均对钻柱失效有着直接或间接的影响。

钻井液对钻柱的腐蚀性排序为：充气盐水钻井液>盐水钻井液、低pH钻井液>高pH钻井液>油基钻井液。

钻具失效与预防措施【摘要】钻具失效类别以钻杆、钻铤、转换接头为主，这主要是由钻具的结构组合和钻具本身的结构特点以及钻具在井内工作的受力特性所决定的。

钻具失效类型以螺纹断裂、刺漏和本体断裂、刺漏为主，这与钻具的工况和钻具先裂后刺再失效的失效机理相稳合。

钻具失效的形式多种多样，概括起来主要有过量变形、钻具断裂、钻具刺漏、表面损伤、钻具螺纹失效、钻具偏磨等等，并且这几种失效形式常常同时存在相互交织在一起。

【关键词】钻具；失效；预防措施1 影响钻具失效的主要因素引起钻具失效的原因往往不是单一的，而是几方面原因综合作用的结果，如钻具的使用工况和环境，钻具质量，使用者的操作以及钻具的机械损伤等。

1.1 产品自身质量失效分析表明，大部分失效事故与钻具质量有关。

比较突出的有以下几个问题：（1）钻杆内加厚过渡区结构不合理。

失效分析和试验研究已证实，内加厚过渡区结构不合理（太短，R太小）是钻杆在该部位失效的主要原因。

合理结构的条件为：≥100mm ，R≥300mm。

（2）钻杆接头、钻铤、转换接头韧性差。

（3）螺纹加工质量差及加工精度差。

如螺纹根部圆角半径过小，不符合API 标准要求，导致严重的应力集中。

（4）强度指标不合格。

（5）喷焊热裂及钻杆摩擦对焊（修复）工艺不当。

（6）钻杆接头选型不当。

1.2 环境因素（1）钻井液。

钻井液种类、pH值、固相含量、流速、温度和扰动情况等都对钻具失效有不同程度的影响。

（2）腐蚀介质。

由于钻井液循环系统不是密封的，大气中氧气会通过泥浆池、泥浆泵等设备在钻井液的循环过程中混入钻井液成为游离氧，当泥浆中含有一定量的溶解氧时，就会对钻具表面造成腐蚀。

来源于地层或由于泥浆中一些含硫有机添加剂高温分解和泥浆中硫酸盐还原菌的新陈代谢产生的H2S还会导致钻杆的氢致应力腐蚀断裂。

（3）温度对钻具失效也存在着不可忽视的影响。

1）由于环境温度过低，材料的冲击力值严重下降，易引起冷脆断裂。

2）随着井下温度的升高，腐蚀速度将加快，另外某些钻井液处理剂在高温下会分解，产生H2S、CO2、O2等，加快了对钻具的腐蚀。

2017年09月钻具断裂的失效分析及预防张孝兵海照新陈保民(川庆钻探工程公司长庆钻井总公司，陕西西安710018)摘要：油气田勘探开发过程中钻具受力状态十分复杂，所以其失效形式也多种多样。

如过量变形、断裂、表面磨损等。

发生井下钻具断裂事故，处理费用数额大，更甚者会发生打捞失败而弃井。

通过多年井下钻具断裂事故的处理经验、案例分析及试验研究总结出，大多数的钻杆断裂事故都是由于疲劳而引起的。

关键词：失效;疲劳;过量变形;钻具断裂1钻具断裂事故发生的一般规律在钻井实践中观察到的大量钻杆断裂现象可概括为：①钻杆大多数的断裂事故发生于旋转钻进过程中或在钻进后立即提离井底的时候；②大多数断裂发生在据钻杆接头1.2米的范围内；③管体的疲劳和腐蚀疲劳断裂均发生在内加厚过渡区消失处；④在有腐蚀性的洗井液中将引起管体或接头严重坑蚀，从断裂面上看到的这些裂纹是从内表面的腐蚀斑点开始的；⑤上提遇卡而拔断钻杆，断裂位置通常发生在已经产生疲劳裂纹，但尚未发展成为断裂的部位；⑥钻杆接头螺纹的疲劳断裂多发生于内螺纹接头大端第一和第二螺纹牙根部或外螺纹接头大端第一和第二螺纹牙根部。

2钻具断裂事故中钻具的失效形式2.1钻杆管体的疲劳和腐蚀疲劳断裂钻杆发生疲劳和腐蚀疲劳断裂破坏的主要原因是由于钻杆在弯曲井眼中旋转时发生周期性交变旋转弯曲应力以及井下腐蚀介质共同作用所致。

影响钻杆疲劳和腐蚀疲劳断裂的主要因素：①钻杆材料的抗拉强度和疲劳极限的影响；②钻杆材料冲击韧性的影响；③钻杆表面质量的影响；④腐蚀环境的影响；⑤拉伸和弯曲的组合影响；⑥累计疲劳。

2.2钻杆内加厚过渡区刺穿失效事故在钻杆管端镦粗加厚工艺控制过程中，由于内加厚过渡区太短，在钻杆使用中，在该区产生严重的应力集中，进而导致腐蚀集中并形成较深的腐蚀坑。

在旋转钻井过程中，钻杆受到旋转弯曲交变载荷的作用，在腐蚀坑底产生疲劳裂纹，最终导致钻杆刺穿或断裂，这属于钻杆的腐蚀疲劳断裂。

2.3内涂层钻杆加厚过渡区刺穿失效事故（内刺穿）由于钻杆（内涂层）内加厚过渡区的形状不良，在钻杆使用时导致局部涂层脱落并产生集中腐蚀（涂层脱落处的腐蚀速率要远远高于正常的腐蚀速率），很快会产生较深的腐蚀坑。

钻具使用与维护注意事项1、井场钻具的管理由井队工程师负责。

2、钻具丝扣不清洁，水眼不通，丝扣损坏，接头磨薄，本体有伤及磨损，弯曲度超过使用标准时，一律不得下井使用。

3、钻具丝扣油应符合规定。

4、入井钻具应做到：（1）钻具上下钻台必须带好护丝，运行平稳。

大门前的钻具要及时撬走，不得互相碰撞。

方钻杆进出鼠洞时，操作要平稳。

（2）钻具上扣要上紧。

（3）钻铤接头新车的丝扣，要坚持磨合到光滑无毛刺才能下井（丝扣表面已磷化的则不需磨合）。

（4）入井钻具必须量好长度、内外径（钻铤、接头及打捞工具等要准确测量），并做好详细记录。

5、严格执行钻具探伤、试压、倒换错扣有关制度（1）按规定对钻具进行探伤。

若遇严重溜钻、顿钻、卡钻事故等解除后应立即探伤。

具体探伤规定如下：a探伤前认真清洗探伤部位。

b探伤仪应在标准试块上校验后才能使用。

c第一次发现缺陷后应进行重复检查。

d在对焊部位探伤时，出现缺陷信号后应重复探测，并划出伤部界限。

e分为一、二级两种探伤标准。

确定伤级要根据在标准试块上进行的仪器综合灵敏度分辨能力确定，以超过讯号高度的一半为判定伤级的依据。

用带有D1.6mm人工缺陷孔试样的讯号为准，对钻杆对焊处进行探测，若缺陷讯号低于试样讯号者定为一级伤；高于或等于试样讯号者，定为二级伤。

（2）钻杆必须按规定进行试泵。

不渗不漏为合格。

试泵压力一般要求为200kg/cm2，蹩压时间不少于30s。

（3）起钻时钻杆应错扣检查，以防粘扣。

钻铤在使用3只钻头后，应将所有的丝扣卸开清洗检查一次。

倒换钻杆时要成组倒换，一般在使用3-5只钻头后倒换一次（指普通牙轮钻头）。

6、起钻做到四检查四检查：井架工检查钻具弯曲；内钳工检查钻具母扣；外钳工检查钻具公扣；内外钳工共同检查钻具有无损伤、刺漏等情况。

7、短卡瓦使用时，D114.3mm（41/2）以上的钻杆不超过1000m；D88.9mm（31/2）以下钻杆不超过xxm。

xxm以上的深井、超深井起下钻应用双吊卡或加长式卡瓦。

钻具事故原因处理及预防措施1、概念：是指钻杆、钻铤及其它入井工具、辅助工具在井下发生的各种事故的总称。

发生钻具事故后，遗留在井内的钻具叫“落鱼”，“落鱼”的顶端叫“鱼顶”或“鱼头”。

2、常见的钻具事故及发生的原因（1）钻具折断：（1）钻杆本体折断：由于钻杆质量或管壁变薄、卡瓦牙刻痕或其它外伤、各种腐蚀痕迹等，使钻杆强度减小。

钻杆在井内受到较大拉力及扭矩作用力时（如卡钻或蹩、跳钻、强拉、硬转）而折断。

一般发生在距离母扣端1.2m以内。

（2）钻铤粗扣折断：由于钻铤刚度大，而粗扣处则小得多。

当钻铤在井内工作时要受到压、扭、弯等复合负荷作用力时，丝扣加工质量或操作不当都会造成折断。

一般常发生在钻铤母扣根部退刀槽余扣处或公扣根部的应力集中部位。

（2）钻具脱扣：脱扣是指丝扣未损坏，钻具各种原因（蹩、反转或打倒车）将丝扣倒开脱扣。

（3）钻具滑扣：是指丝扣受力后拉脱滑开。

主要原因是由于丝扣上卸扣次数过多，丝扣磨损、上扣不紧、钻井液冲刺磨损、扣型不合标准等造成滑扣。

3、钻具事故的处理钻具事故发生后，应该依据事故的性质及时处理。

如果是钻具脱扣或滑扣，则应尽快采取井下对扣打捞“落鱼”。

若对扣失败，则应按照钻具折断进行处理。

钻具折断后，要依据起出钻具的断口形状、水眼尺寸及外径，判断“鱼顶”形状和选择适当的打捞工具。

除常用的工具外，还可以进行特殊设计。

（1）钻具事故处理常用工具卡瓦打捞筒、打捞矛、公锥、母锥、安全接头、印模、壁钩、倒扣接头、磁铁打捞器等。

公锥母锥磁铁打捞器1接头2 体部3上磁极4衬筒5磁芯6下磁极7引鞋篮式卡瓦打捞筒结构螺旋卡瓦打捞筒结构平底磨鞋卡瓦打捞矛（1心轴2卡瓦3释放环4引鞋）2、常用打捞工具的用途（1）公锥：是从落鱼内孔打捞的一种常用工具，宜在管壁较厚的部位使用，通常用于钻铤、钻杆接头、钻杆加厚部分打捞，而对钻杆及套管本体不宜使用。

（2）母锥：母锥是从落鱼外部打捞的一种工具，它不受管壁厚薄的限制，但却要受井眼直径的限制，一般要求母锥最大外径10~20mm。

分析钻具的使用与管理随着我国社会经济的高速发展，各个行业都焕发出勃勃生机，尤其是石油资源在人们的生产与生活中发挥着十分重要的作用，石油的勘探与开采规模不断扩大，钻具的科学管理是石油开采过程中的重要组成，提高钻具使用和管理的效率及准确性，是安全钻井、高效生产的重要前提，对石油的可持续发展具有重要的现实意义。

标签：钻具;使用与管理前言：钻具的使用在钻进过程中起着举足轻重的作用，钻具质量的优劣、保养、维护的好坏对现场使用效果、钻具事故的发生、施工成本等都有着重要影响，准确掌握钻具技术状态、有效防止因异常状态钻具入井而引发的井下故障及保障钻具资源的合理利用具有重要作用。

本文就钻具的使用问题进行了分析，并提出几点有关钻具管理与使用的措施与建议。

1.钻具使用与管理存在的问题钻具的使用受环境、操作水平、养护方法等各方面的影响，如果对钻具的使用不当，维护不及时不到位，极有可能造成卡钻、钻具断裂甚至井眼报废等严重后果，直接影响开采进度，加重企业成本负担;钻具使用与管理存在的问题主要体现在以下方面：1.1管理方面的问题钻具上下钻台未按要求戴护丝，导致磨损;对备用钻具的清洗不够仔细彻底，导致钻具在后期使用时容易出现刺钻具事故;钻具在管架上的摆放不够规范，具有一定的随意性，甚至在钻具上堆放重物，导致钻具变形;打捆离队钻具吊装时，未使用牵引绳，导致公母扣与硬件物体发生碰撞，装车时内外螺纹接头未按长短分别排序;钻具在移动装车时未按内、外螺纹接头，长短分别排顺;井场钻具定期进行防锈防腐处理工作未落实。

1.2使用方面的问题由于作业人员对不同的钻具特性不够了解和熟悉，对不同钻具的扭矩值概念模糊，上卸扣对扭矩值不清楚，导致钻具滑扣、涨扣、钻具落井事故;再由于钻具处于长时间使用状态，对事故处理后的钻具和经过气体钻井的钻具未按规定时间对钻具性能进行检测和养护，因此而埋下安全隐患;上扣前未按规定涂好丝扣油，导致公母扣干磨，加大滑扣脱落事故的风险。

油田钻具失效原因分析及控制措施研究随着石油工业的发展，油田钻具的需求量不断增加。

由于工作环境的特殊性和工作强度的增加，油田钻具的失效问题成为制约油田钻井效率和安全生产的重要因素。

为了有效预防油田钻具失效，提高钻井作业的安全性和效率，对油田钻具失效原因进行分析，研究相应的控制措施显得尤为重要。

一、油田钻具失效原因分析油田钻具失效是指在油田钻井作业中，钻具因受到外部或内部原因影响，导致其性能或功能丧失，无法继续使用或达到预期效果的现象。

钻具失效的原因主要包括以下几个方面：1. 腐蚀油田钻具在使用过程中常常接触到高盐度的地下水、油气等介质，这些介质中的氧化物、硫化物等成分会对钻具材料产生腐蚀作用，加速钻具的老化和损坏。

2. 磨损钻井作业现场的地质条件多变，地下岩层的硬度和结构不一，油田钻具在与岩层接触摩擦过程中容易产生磨损，导致钻具的表面质量下降，甚至失去使用价值。

3. 疲劳油田钻井作业需要持续高强度的冲击和扭转力，长时间的工作状态容易使钻具受到疲劳损伤，导致材料出现微裂纹，最终引起失效。

4. 灼烧在高温高压环境下，油田钻井作业会引起钻具部分区域的受热，导致钻具表面温度过高，造成钻具的部分材料灼烧，降低钻具的使用寿命。

5. 设计缺陷有些油田钻具的设计结构、材料选择等存在缺陷，使用过程中容易产生应力集中、磨损加剧等问题，进而引发失效。

6. 错误操作在钻井作业过程中，如果操作不当，例如冲凿过程中过大的冲凿力或者转动速度等，会对钻具造成不可逆损伤，导致失效。

二、油田钻具失效控制措施研究为了有效控制油田钻具的失效问题，减少对油田钻井作业的影响，需要采取以下一些措施：1. 材料选择钻具材料的选择是减少钻具失效的重要手段。

要选择抗腐蚀性能好、抗磨性能高、抗疲劳性能优秀的特种合金钢或复合材料，以提高钻具的使用寿命。

2. 表面处理通过表面处理技术，如热处理、涂层等，提高钻具的表面硬度和耐磨性，延长钻具的使用寿命。

对钻具进行防腐蚀处理，减少腐蚀对钻具的影响。

深井钻具失效原因分析与预防【摘要】钻具服役条件恶劣，是钻井设备工具的一个薄弱环节，特别是在深井、超深井及复杂地质环境下钻井，钻具失效事故时有发生。

如果不加以预防及处理就可能造成钻井周期延长，钻井效率下降，从而造成经济上的巨大损失。

本论文首先从理论的角度总结深井钻具失效的机理，提出预防深井钻具失效的措施，对于提高深井钻井速度，降低钻井成本有重要意义。

【关键词】深井钻具失效疲劳寿命深井钻具失效是钻井过程中的常发事故。

如果不加以预防及处理就可能造成钻井周期延长，钻井效率下降，进而造成经济上的巨大损失。

因此，提高钻具本身质量，加强钻具管理，及时发现和消除深井钻具的不安全因素，找出深井钻具失效事故发生的规律，有针对性地采取相应措施，进而有效的控制各类钻具失效事故的发生，具有重要意义。

1 选题背景（1）随着现代工业的快速发展，当今社会对石油资源的需求越来越大。

伴随着浅部油气层的长期开采，各大主力油田现大多进入了开发的后中期，浅层勘探很难发现大型的油气资源，因此，在今后的油气勘探中，深井和超深井将成为国内外各大油气田增产上储的主要手段。

钻具失效在石油钻井界是普遍存在的。

（2）在深井、超深井钻井过程中，钻具的受力状况和井下环境异常恶劣，处在内、外充满钻井液的狭长井眼里工作，通常承受压、弯、扭力等载荷，钻具在井下的运动是一个复杂的动力学系统。

在钻井过程中，钻具主要的运动是旋转向下的运动，同时还总伴随着各种振动。

在钻井过程中钻具在任何部位断裂都会造成严重的后果，甚至使井报废。

2 失效机理2.1 经过多年来井下钻具失效事故的资料累积以及实验研究钻井工作者对钻具失效事故的原因已经有了统一的认识，公认绝大多数的钻具失效都是疲劳而引起的。

疲劳极限与应力集中有明显的关系，凡产生应力集中的各种因素，均使疲劳极限降低。

在钻具组件中连接螺纹是引起应力集中的最直接、最关键的因素，导致钻具的疲劳破坏的一个关键因素是由于钻具的连接螺纹部位的交变弯曲应力中。