长庆气井水平井斜井段断钻具事故剖析

水平井常见事故复杂及预防处理水平井钻井技术是当代油气资源勘探开发的重大技术之一，水平井具有“少井高产”的突出特点。

2009年底苏里格气田累计探明和基本探明地质储量达到2.27万亿立方米，其中探明储量8715亿立方米，成为国内最大气田，为规模应用水平井开发提供了较好的资源基础。

但由于水平井施工工艺的特殊性，其事故与复杂问题与常规直井、定向井相比存在着较大差异，水平井事故复杂的影响因素很多，涉及到多个领域、多个学科，本文对其影响因素从地质岩性到钻井工艺方面进行了总结归类，在前人研究的基础上，把事故复杂因素分为了两个方面：地质因素和工程因素，并提出了对应的预防及处理措施。

标签：苏里格;水平井;事故复杂;地质因素;工程因素;预防;处理第1章引言1.1苏里格水平井事故复杂研究现状及意义水平井具有井眼贯穿油气层段长、单井产量高的优点，同时也解决了某些特殊油藏采收率低的问题，因此得到广泛重视，这极大地促进了此项技术的应用和发展。

另外随着现有油气资源的开发趋于殆尽，我国的油气资源正在逐渐向低渗、超薄、海洋、稠油方向发展。

这为水平井钻井技术的发展和应用提供了有利的空间。

2009年底苏里格气田累计探明和基本探明地质储量达到2.27万亿立方米，其中探明储量8715亿立方米，成为国内最大气田，为规模应用水平井开发提供了较好的资源基础。

中国石油天然气股份有限公司《关于进一步加强苏里格气田水平井开发工作的通知》要求，在相对富集区优选的基础上蹄选水平井开发面积1892平方公里，规划部署水平井1459 口，建产能218亿立方米，动用地质储量2682亿立方米。

在钻井作业中，由于地质因素和工程因素的共同作用，往往會发生许多井下复杂情况，甚至造成严重的井下事故，轻者耗费大量人力、财力和时间，重者将导致油气资源的污染和浪费，甚至导致全井的报废。

据近几年的苏里格水平井钻井资料分析，在钻井过程中，处理井下复杂情况和钻井事故时间占钻井总时间的3%-8%。

钻具断落是钻井过程中经常碰到的事故。

有的情况比较简单,处理起来比较容易,往往会一次成功。

有的处理起来就比较麻烦,•因为钻具断落之后,往往伴随着卡钻事故的发生。

如果处理不慎,还会带来新的事故。

如果造成事故摞事故的局面,那就很难收拾了。

因此我们必须慎重的研究这个问题。

第一节钻具事故发生的原因造成钻具断落事故的原因不外乎疲劳破坏、腐蚀破坏、机械破坏及事故破坏,但它们之间不是独立存在的，往往是互相关联互相促进的,但就某一具体事故来说,可能是一种或一种以上的原因造成的。

一.疲劳破坏:这是钢材破坏的最基本最主要的形式。

金属在足够大的交变应力作用下,会在局部区域产生热能,使金属结构的聚合力降低,•形成微观裂纹,这些微裂纹又沿着晶体平面滑动发展,逐渐连通成可见的裂纹。

一般来说,裂纹的方向与应力的方向垂直,故钻具疲劳破坏的断面是圆周方向的。

形成疲劳破坏的原因有:1.钻具在长期工作中承受拉伸、压缩、弯曲、剪切等复杂应力,•而且在某些区域还产生频繁的交变应力,如正常钻进中中和点附近的钻具、处理卡钻事故时的自由段钻具以及在弯曲井眼中运转的钻具,当这种应力达到足够的强度和足够的交变次数时,便产生疲劳破坏。

2.临界转速引起的振动破坏:钻柱旋转速度达到临界转速时,会使钻具产生振动,有纵向振动和横向摆动两种形式,同时在一定的井深这两种形式的振动还会重合在一起,这种振动会使钻具承受交变应力,促使钻具过早地疲劳。

各种钢质钻杆的临界转速及两种振动重合时的井深列于表2-1,作为参考。

表2-1 钢质钻杆的临界转速及两种振动重合时的井深钻杆直径,mm 60.3 73.0 88.9 101.6 114.3 127.0 139.7转盘转速,r/min 110 130 160 185 210 235 260两种振动重合时的井深,m 701 597 488 424 366 305 2992865 2438 2012 1707 1524 1372 12196400 5486 4511 3871 3414 3048 27439754 7925 6705 6005 5334 48463.钻进时的跳钻、别钻,•既使钻具产生纵向振动,又使钻具产生横向振动,对受压部分的钻具破坏极为严重,所以在砾石层中钻进,最容易发生钻铤事故。

第二章钻具断落事故钻具断落是钻井过程中经常碰到的事故。

因为钻具断落之後,往往伴随着卡钻事故的发生。

如果处理不慎,还会带来新的事故。

因此我们必须慎重地对待这个问题。

一钻具事故发生的原因造成钻具断落事故的原因不外乎疲劳破坏、腐蚀破坏、机械破坏及事故破坏,但它们之间不是独立存在的,往往是互相关联互相促进的。

（一）疲劳破坏:这是钢材破坏的最基本最要的形式。

钻具在长期工作中承受拉伸、压缩、弯曲、扭切等复杂应力,而且在某些区域还产生频繁的交变应力,•当这种应力达到足够的强度和足够的交变次数时,便产生疲劳破坏。

（二）腐蚀破坏:1氧气的腐蚀:氧气可以说是无处不在,钻具无论存放或使用,都要接触氧气,•氧气在很低的浓度(<1ppm)下,就能产生严重的腐蚀。

如果水中含有二氧化碳或硫化氢时,•其腐蚀性将急剧增加。

氧与钢铁反应,•最后生成氢氧化铁,这就是经常可以看到的铁锈。

氧的浓度越大,反应越快,•腐蚀就越历害。

氧的腐蚀首先是坑蚀,然後由点到面发展,复盖整个钻具表面。

2•二氧化碳的腐蚀:二氧化碳与水反应後形成一种弱酸即碳酸,也会在钻具表面造成蚀疤。

如果溶液的pH值较高,•没有过多的氢离子参与碳酸氢根的反应,则不会生成碳酸,腐蚀性就会降低。

3•硫化氢的腐蚀:硫化氢的主要作用不在於腐蚀,而在於使钢材发生氢脆破坏。

氢原子有个特性,•在有硫化物的环境中以原子形式存在,•在其它的环境中以分子形式存在。

氢原子是所有原子中最小的原子,它能渗入钢材或其它金属材料并扩散到材料内部,在没有硫的环境中,•氢原子又结合成氢分子,体积要增加好多倍,足以破坏钢材的组织结构,降低钢材的韧性,产生各种微小的裂纹。

直至钢材不能承受外界负荷时,•会突然发生断裂,•这种现象称为脆化。

脆化只对高强度钢材(一般指屈服强度在63Kgf/mm2以上的钢材)有影响, 所以我们认为氢脆断裂必须具备三个条件:•即要有硫化氢;要有水、溶液或湿气;作用在高强度钢材上。

4溶解盐类的腐蚀:氯化物、碳酸盐、硫酸盐都对钢材有腐蚀作用。