气体钻井钻具损坏原因及控制措施研究

2 0 1 0年 第 3 8卷 第 1 1期 石 油 机 械 C HI NA PE TROL EUM MACHI NERY 专 题 研 究 气 体 钻 井钻 具 损 坏 原 因及 控 制措 施研 究 郑德 帅 高德利 ( 中国石油 大学 ( 北京)石 油工程教育部重点 实验室) 摘要 气体钻井中钻具损坏问题频繁发生，钻具损坏 问题部分抵 消了气体钻井所带来的钻速 优势。指出气体钻井中钻具损坏的主要原 因有 ：井底不平 引起的轴 向振 动、钻柱剪应力增加 、钻 具 冲蚀 及腐蚀 、井径 扩 大引起严 重弯 曲，认 为 气体 钻 井 条件 下 的钻 具 损坏 要 比钻 井 液钻 井更 为严 重。针 对钻具 的失效 原 因提 出 了预 防和减 轻钻具 损 坏 的控 制措 施 ， 即使 用 空气减 震器 和 纯 滑 动牙 轮钻 头 ，推广 空 气锤 的应 用 ，加 强钻柱 接 头的设 计 改进 以及 耐磨研 究。 关键 词 气体钻 井 钻 具损 坏 振 动 控制措 施 破岩 0 引 言 气体钻井在我国四川油气 田以及普光气 田取得 了很大成功 ，极大地提高了机械钻速 ，有效地保护 了油气藏。气体钻井的典型技术特征是用气体代替 常规钻井液做循环介质 ，井底 处于欠平衡状态¨ J 。 但根据近几年的统计 ，气体钻井中钻具损坏问题频 繁发生 ，普光气 田2 0 0 6— 2 0 0 7年超过 6 1 ． 3 ％的井 发生过钻具损坏事故 ，四川气田每钻进 1 I T I 的钻具 损 失超过 1 0 k g ，而 在 钻 井 液 中每 米 仅 损 失 4 k g 。 钻具损坏问题部分抵消了气体钻井所带来 的钻速优 势 ，严重制约了气体钻井的发展应用 。 气体代替钻井液作 为循环介质 ，将引起井底 、 井 壁应力状 态 的变 化 ，从 而导 致破 岩机理 的变 化 以 及井 壁稳定 问题 ；钻柱 的振动 会 因为阻尼 的减小 而 加剧 。笔者将 从 以上几方 面综 合分 析气体钻 井条 件 下钻具 的损 坏机理 ，并提 出相 应 的控 制措施 。 1 钻具 失效统计 根据 普光气 田钻 具失 效 统 计情 况 ，在 5 2次 的 钻具事故 中有 4 1 次发生了钻具断裂事故 。由于 钻柱在钻井设计时已经用静力学进行了校核 ，所以 钻具断裂说明井下振动严重，而且气体钻井的振动 要 比钻井液钻井更剧烈。气体钻井钻具失效具有明 显的脆断特征 ，说 明钻柱在井下可能发生了腐蚀 ， 导致出现裂纹或 “ 氢脆” ，起......