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鉆具失效及預防


鉆井過程中,鉆具除了受到拉力外,還要受到交替變化的彎曲應力,由于地層變化、轉盤旋轉等引起的橫向振動和扭轉振動的周期變化的干擾力,接觸的介質是具有一定腐蝕性的鉆井液,這些因素加速了鉆具的失效。鉆具失效除了造成鉆具損失外,打撈作業和停止鉆進損失更大,甚至會造成進尺報廢。人們著手分析鉆具失效問題,加強對鉆具的使用、檢測與管理,以減輕這一問題的影響。
鉆桿失效類型主要有過量變形、刺穿或斷裂及表面損傷。過量變形是由于工作應力超過材料屈服極限引起;刺穿或斷裂在鉆柱失效事故中所占的比例較大,主要由于應力腐蝕、疲勞和腐蝕疲勞等原因造成。表面損傷主要有腐蝕、磨損和機械損傷。

經中石油管材研究中心調查發現,70%的事故是由鉆桿內加厚過渡區部位刺穿或斷裂引起的。

從表面看,鉆桿內加厚過渡區部位的失效有3種表現形式,即裂紋、刺穿和斷裂,但實質上都是同一種失效。鉆桿被刺穿是因為泥漿在高壓作用下穿過裂紋的縫隙,由于泥漿穿過這種縫隙時的高速流動,進一步擴大了該裂紋,并使之變成孔洞。因此,刺穿的先決條件是已存在裂紋,多處刺穿孔洞連成一片,大幅度降低了鉆桿的承載能力而導致斷裂。

鉆桿外壁的腐蝕較輕并且均勻,而鉆桿內壁表面的腐蝕很不均勻,內加厚過渡區與管體交界處的腐蝕較嚴重,有許多點蝕坑,而裂紋正起源于這些點蝕坑底部。有內涂層的鉆具內壁腐蝕會減輕很多,但內加厚過渡區與管體交界處的內涂層易被沖蝕。

鉆桿內壁的腐蝕以點蝕為主,鉆桿出井時其內壁不可避免地殘留有泥漿或井下腐蝕介質,如果在存放前未及時沖洗,會使鉆桿內涂層剝落的部位產生點蝕,因腐蝕環境是開路系統,能充分吸收空氣中的氧氣而使腐蝕加速。在以后的鉆井過程中,在點蝕坑底部這個應力集中的地方產生初始裂紋。

鉆桿管體腐蝕疲勞裂紋均起源于內壁的點蝕坑,其破壞過程:點蝕坑產生———裂紋萌生———擴展———刺穿。

應力腐蝕破裂是金屬在拉應力(外加應力或殘留應力)和腐蝕介質的共同作用下引起的一種破壞形式(如氫脆)。

石油鉆具的工作條件惡劣,受力復雜,一旦失效損失嚴重。采取有效措施提高鉆具的使用壽命意義重大。根據鉆具的失效類型和原因分析,疲勞(包括腐蝕疲勞)失效和腐蝕(包括應力腐蝕)失效是鉆具失效的最主要的形式。引起鉆具失效的原因很多,包括鉆具質量和使用管理的許多方面。因此,鉆具失效的治理也應從多方面著手,綜合治理。

使用專用檢測儀器,通過對鉆具的外觀尺寸、磨損情況、腐蝕情況、螺紋及內外損傷情況等將鉆桿分成幾個等級,不同級別的鉆桿用于不同的井深。

根據分級情況,可盡量做到鉆桿物盡其用。

國外油田對下井工具的檢驗非常重視,并且有許多專業的檢測服務公司從事此項工作。在現場對正在使用的鉆具定期檢驗已是世界各國鉆井作業中的一項重要的安全措施,因為在基地檢驗合格的鉆具在井下工作一段時間后可能由于一些原因導致降級或有損傷,若沒有及時發現并更換,有可能導致鉆桿失效造成井下事故。相比之下,國內在這方面有不小差距,基本都是在鉆具回收后自行檢測,有能力做鉆桿全程檢測的油田也不多,還沒有樹立第三方檢測的意識。

鉆具失效的類型多種多樣,其失效原因各不相同,為了提高鉆具的使用壽命,須從鉆具的檢驗、合理使用、管理等全過程的每一環節抓起,采取多種手段,推廣提高鉆具使用壽命的新工藝、新技術,進行綜合治理。


 

 

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