油田鉆具失效原因分析及控制措施研究

王昌侖(渤海鉆探工程有限公司管具技術(shù)服務(wù)分公司，河北 任丘 062550)

0 引言

油田鉆井作為能源行業(yè)的重要組成部分之一，其開采油田能夠大力支撐各行各業(yè)發(fā)展對動(dòng)力的需要。油田鉆具作為油田鉆井開采的重要工作器械之一，其鉆具的實(shí)際質(zhì)量以及鉆具組合設(shè)計(jì)之間的科學(xué)合理搭配，都會(huì)切實(shí)對油田鉆井整體工作造成一定影響。良好的鉆具應(yīng)用不僅能為系列油田鉆井工作輸送源源不斷的動(dòng)力，還會(huì)在有效確保其整體工作質(zhì)量的同時(shí)促進(jìn)其鉆井工作效率得到一定程度上的提升。本文旨在分析油田鉆具失效的具體原因，提出對其進(jìn)行控制的可行措施[1]。

1 油田鉆具失效情況概述

在新時(shí)期社會(huì)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)下，我國油田開采事業(yè)加快發(fā)展，油田的實(shí)際開采量也在逐漸增大。伴隨著油田鉆井?dāng)?shù)量的逐步增加，鉆具失效事故的發(fā)生次數(shù)也隨之增多，這不僅對油田鉆井開采工作造成一定不良影響，還會(huì)在加重整個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)損失，甚至在嚴(yán)重情況下會(huì)形成安全危害。眾所周知，油田鉆具的主要工作場所是在地下，操作人員的可視范圍較小，在大多數(shù)情況下僅能通過事故發(fā)生或是工作進(jìn)程止步前來判定其工作效能減小。根據(jù)對油田鉆具失效數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)顯示，鉆具失效是大多數(shù)油田鉆井開采工作都會(huì)遇到的困難，該問題對其后續(xù)的油田鉆井工作進(jìn)程有序地開展形成了阻礙，還會(huì)對鉆具本身使用造成損害，使得其無法高效應(yīng)用于后續(xù)鉆井工作，無法充分展現(xiàn)出其實(shí)際操作應(yīng)用價(jià)值。相關(guān)企業(yè)工作單位在認(rèn)識(shí)到鉆具對于油田鉆井工作的重要作用之后，有意識(shí)地對其實(shí)際工況及存在的問題進(jìn)行深入分析和探討，以求深度剖析出油田鉆具失效的根本原因，并適時(shí)對其進(jìn)行整改，使得油田鉆具失效問題能夠得到針對性地解決及預(yù)防，促進(jìn)其實(shí)際應(yīng)用的效率提高[2]。

2 油田鉆具主要失效問題具體分析

2.1 鉆具斷裂

鉆具是由多個(gè)零部件組合構(gòu)成的一個(gè)整體工作單元，所以其實(shí)際斷裂類型被大致劃分為以下四種，即疲勞斷裂、過載斷裂、低應(yīng)力脆裂和氫脆斷裂。造成疲勞斷裂問題的主要原因是鉆具的螺紋發(fā)生斷裂。因?yàn)槁菁y的剛度較小，其在受到應(yīng)力的影響之后，表面的部分截紋應(yīng)力較為集中，長此以往使用，會(huì)使得鉆具螺紋該部分的壓力過大，在實(shí)現(xiàn)其實(shí)際效用的同時(shí)降低了整體承受力，導(dǎo)致螺紋的在最后部位發(fā)生斷裂。疲勞斷裂問題的發(fā)生不僅會(huì)使得鉆具的應(yīng)用效果發(fā)生改變，甚至還會(huì)造成其內(nèi)部構(gòu)造的改變，不利于其保質(zhì)保量的開展油田鉆井工作。過載斷裂相比較于疲勞斷裂而言，其發(fā)生的原因與人工操作之間的聯(lián)系較為密切。因?yàn)樵谟吞镢@井工作的實(shí)際開展過程中，總會(huì)出現(xiàn)遇到阻礙或是憋鉆問題的發(fā)生，這時(shí)施工人員一般會(huì)選擇采取強(qiáng)制拖拽、強(qiáng)拉、強(qiáng)扭、強(qiáng)壓等處理辦法，但該種做法會(huì)使得鉆具的作用力超過鉆桿的承受力極限，長時(shí)間的摩擦，會(huì)導(dǎo)致鉆具鉆桿在其電焊連接處發(fā)生斷裂，進(jìn)而造成鉆具失效問題。鉆具鉆桿處的截面在因此發(fā)生變化時(shí)，也會(huì)容易受到泥漿的腐蝕，對其后續(xù)焊接工作修補(bǔ)造成不良影響。而且大多數(shù)工作人員在發(fā)現(xiàn)鉆具鉆桿發(fā)生斷裂之后，會(huì)采取重復(fù)焊接的方式對其進(jìn)行連接，若是熱處理不當(dāng)，會(huì)使其出現(xiàn)焊接不穩(wěn)固的問題，鉆桿的整體強(qiáng)度下降，在負(fù)荷作用力較大的情況下，該截面處的應(yīng)力會(huì)更為集中，進(jìn)而加重其斷裂問題的嚴(yán)重程度。低應(yīng)力脆斷則是在鉆具使用不正確的情況下發(fā)生的，因?yàn)槔勉@具進(jìn)行油田鉆井工作的整體流程較為繁瑣復(fù)雜，鉆具在此過程中會(huì)反復(fù)多次的受到荷載力影響，應(yīng)盡量使荷載力的每次影響力度都在鉆具鉆桿的力量承受范圍之內(nèi)，但由于受到鉆具材質(zhì)或是鍛造工藝的影響，其實(shí)際質(zhì)量效能不佳。而造成氫脆斷裂的一大原因是因?yàn)殂@具鉆桿與地下環(huán)境之間的相互作用，油田井中的大量硫化氫物質(zhì)與構(gòu)成鉆具的原材料鋼材進(jìn)行反應(yīng)，進(jìn)而發(fā)生斷裂現(xiàn)象。

2.2 鉆具損傷

鉆具損傷的主要形式有表面磨損、表面腐蝕和表面機(jī)械損傷，都屬于表面損傷范疇。表面磨損問題主要發(fā)生于鉆具的螺紋上，因?yàn)樵摬课辉趯?shí)際進(jìn)行工作運(yùn)行時(shí)需要進(jìn)行旋合摩擦，或是會(huì)與油田井壁之間產(chǎn)生磨損；表面腐蝕則是因?yàn)殂@具與油田井中的酸物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)；而表面機(jī)械損傷是由于鉆具在具體施工過程中發(fā)生了重大磕碰，或者是其在進(jìn)行焊接時(shí)產(chǎn)生的性能變化，都會(huì)使其造成該問題。鉆具表面損傷問題的發(fā)生大多都發(fā)生在鉆具的工作應(yīng)用過程中，并與其操作步驟聯(lián)系緊密[3]。

2.3 鉆具受力木體斷裂

油田鉆井工作是一個(gè)耗時(shí)周期長、操作工作復(fù)雜的過程，鉆具作為鉆井工作有序開展的關(guān)鍵部件，其實(shí)際應(yīng)用時(shí)間長，鉆柱會(huì)受到反復(fù)應(yīng)力的循環(huán)影響。在經(jīng)過較長時(shí)間的積累之后，其鉆柱會(huì)出現(xiàn)一定程度上的損傷，產(chǎn)生鉆柱彎曲、旋轉(zhuǎn)等問題，使得其實(shí)際工作效能減小。另外，當(dāng)鉆具的主要支撐受力物體長期處于交變應(yīng)力時(shí)，鉆柱的應(yīng)力集中區(qū)域會(huì)出現(xiàn)疲勞累積的問題，還可能會(huì)產(chǎn)生裂紋。鉆柱是油田鉆具的重要組成部分，也是系列油田鉆井工作的主要施工力量實(shí)施點(diǎn)，若是其受力部位受到損傷，不僅會(huì)對其后續(xù)工作質(zhì)量及效率造成影響，嚴(yán)重情況下還會(huì)使其斷裂，不利于整體鉆取工作進(jìn)程的有序開展。

3 油田鉆具失效控制措施

3.1 嚴(yán)格落實(shí)鉆取工作制度要求

相關(guān)工作單位在認(rèn)識(shí)到油田鉆具失效對其整體鉆井工作的影響之后，深入分析探討其鉆具失效原因，并適時(shí)采取相關(guān)措施來對其進(jìn)行預(yù)防控制。健全、完善鉆井工作制度的內(nèi)容要求，是從根本上約束各項(xiàng)鉆具實(shí)際應(yīng)用的有效辦法。例如，可以對鉆具螺紋扣旋進(jìn)行嚴(yán)格要求，避免鉆具在工作過程中出現(xiàn)滑落等現(xiàn)象；或是對其具體工作時(shí)長進(jìn)行把控，防止鉆具在經(jīng)過長時(shí)間工作之后出現(xiàn)磨損嚴(yán)重的問題；也可以對其后期養(yǎng)護(hù)工作進(jìn)行細(xì)節(jié)規(guī)定，對鉆具收回檢查流程進(jìn)行詳盡安排。

3.2 優(yōu)化鉆井工作流程

油田鉆井工作的組成構(gòu)造復(fù)雜，不僅需要有精密儀器進(jìn)行具體工作落實(shí)，還需要有科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髁鞒虂韺ζ溥M(jìn)行指導(dǎo)。所以，在正式開展油田鉆井工作之前，相關(guān)工作人員應(yīng)事先對其各項(xiàng)具體工作進(jìn)行科學(xué)合理的流程安排，并對鉆井軌跡進(jìn)行受力模擬，以此直觀感受到鉆井過程會(huì)對鉆具造成的應(yīng)力影響，進(jìn)而更有針對性地進(jìn)行鉆具選擇和軌跡調(diào)整，有效地避免了因受力不當(dāng)或是摩擦而造成的鉆具失效問題[4]。

3.3 加大鉆井工作監(jiān)管力度

在實(shí)際開展油田鉆井工作時(shí)，工作人員會(huì)通過對地下情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控來全面掌握鉆具的實(shí)際運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題。所以，從監(jiān)管工作角度出發(fā)，適當(dāng)提高對其的關(guān)注度，嚴(yán)格落實(shí)各項(xiàng)監(jiān)視工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤苗頭，可從根源上避免鉆具失效問題的發(fā)生。并且，在嚴(yán)格監(jiān)管工作的督促下，鉆具鉆取工作的整體質(zhì)量和效率也會(huì)因此而得到有效促進(jìn)和提高。

4 結(jié)語

綜上所述，在對油田鉆具的具體失效情況進(jìn)行深入分析探討之后，全面了解其問題產(chǎn)生的原因，再有針對性地對其進(jìn)行預(yù)防和補(bǔ)救，以此盡力彌補(bǔ)因鉆具失效而造成的損失，提高油田鉆具鉆井工作質(zhì)量和效率。所以，相關(guān)工作人員應(yīng)認(rèn)真分析鉆具構(gòu)造，熟知其各個(gè)問題的具體發(fā)生部位及原因，才能有針對性地對其進(jìn)行解決，進(jìn)而減少失效問題產(chǎn)生的概率。