钻具断落事故的预防与处理.ppt

钻具断落事故的预防与处理 孟繁强 目录 一 钻具事故发生的起因二 钻具事故的预防措施三 钻具的维护与管理四 打捞断落钻具的工具五 钻具断落事故实例分析 钻具断落事故的预防与处理 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 我们必须慎重地对待这个问题 钻具事故发生的起因 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 钻具事故发生的起因 一 疲劳破坏的原因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沿圆周方向的 形成疲劳破坏的原因有以下几种 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 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 钻具事故发生的起因 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下表作为参考 钻具事故发生的起因 钻具事故发生的起因 钢质钻杆的临界转速及两种振动重合时的井深 钻进时的跳钻 别钻 即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 钻具在弯曲的井眼中转动 必然以自身的轴线为中心进行旋转 这部分钻杆靠井壁的一边受压力 离井壁的一边受拉力 每旋转一圈 拉压应力交变一次 如此形成频繁的交变应力 促使钻具早期破坏 钻具事故发生的起因 天车 转盘 井口不在一条中心上 转盘本身形成了一个拐点 井口附近的钻具就好像在弯曲井眼中转动一样 产生了交变应力 将弯钻杆接入钻柱中间 弯钻杆本身与与其上下相连接的钻杆都要产生弯曲应力 如这段钻具和狗腿井段相遇时 所产生的交变应力将是相当大的 钻具事故发生的起因 二 腐蚀破坏的原因钻具在恶劣的环境中储存或工作 都会产生腐蚀 这是钻具提前损坏的普遍原因 有时几种腐蚀会同时发生 但是总是以某一种腐蚀形式为主要破坏原因 由于腐蚀使管壁变薄 表面产生凹痕 甚至使钢材变质 降低了钢材的使用价值和使用寿命 造成钢材腐蚀的因素有以下几种 钻具事故发生的起因 1 氧气的腐蚀氧气可以说是无处不在 它存在于空气中 也存在于水中和钻井液中 钻具无论存放或使用 都要接触氧气 它是最常见的腐蚀剂 在很低的浓度 低于百万分之一 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 其腐蚀性急剧增加 氧的腐蚀机理可写成 钻具事故发生的起因 由以上反应式可以看出 铁在阳极释放电子 生成二价铁离子 氧在阴极接受电子与水反应生成氢氧离子 以后二价铁离子被氧化成三价铁离子 即又被氧夺去一个电子 与氢氧离子反应生成氢氧化铁 从溶液中沉淀出来 钻具事故发生的起因 这就是经常可以看到的铁锈 氧的浓度越大 反应越快 腐蚀就越严重 氧的腐蚀首先是坑蚀 然后由点到面发展 覆盖整个钻具表面 2 二氧化碳的腐蚀二氧化碳可能由地层产生 也可能由钻井液处理剂的分解而产生 二氧化碳与水反应形成一种弱酸即碳酸 也会在钻具表面造成蚀疤 它的反应式如下 钻具事故发生的起因 如果钻井液中或水中溶有重碳酸盐 在较低的PH值下 碳酸氢根与氢离子结合也可生成碳酸 它的反应式如下 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 钻具事故发生的起因 3 硫化氢的腐蚀硫化氢主要由地层产生 但也可以由含硫有机处理剂的热分解而产生 硫化氢溶解于水形成一种弱酸 对钻具有腐蚀作用 但它的主要作用不在于腐蚀 而在于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 在其他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 它能渗入钢材或其他金属材料并扩散到材料内部 钻具事故发生的起因 而且最容易集中到材料受力最大的区域 但当氢原子脱离了硫化物的环境后 很快结合成氢分子 氢分子的体积要比氢原子大许多倍 它能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 氢原子又继续聚积到裂纹尖端 并使裂纹发展 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 对氢脆的敏感性由下列因素决定 钻具事故发生的起因 钢材的屈服强度屈服强度低于630Mpa的普通碳素钢一般不会发生氢脆断裂 强度越高 产生破坏的时间越短 钢材的硬度合金钢的硬度大于RC22时容易遭到破坏 硫化氢的浓度硫化氢浓度越高 氢脆破坏的时间越短 钻具事故发生的起因 溶液的PH值随着PH值的降低 氢脆断裂的趋势增长 如果PH值维持在9 0以上 则氢脆破坏可显著减少 温度温度超过83 氢脆断裂的敏感性降低 应力外载施于钢材的应力越大 氢脆断裂的时间越短 钻具事故发生的起因 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 它们的腐蚀过程都有显著地电化学作用 由于它增强了钻井液的导电性 促使其他形式的腐蚀作用增强 溶解盐类的腐蚀有如下规律 钻具事故发生的起因 与钻井液的PH值有关 PH值越低 腐蚀作用越强 与温度有关 温度越高 分子活动能力越强 腐蚀速度加快 与溶解盐浓度有关 溶解盐浓度越大 腐蚀速度越快 与钻井液的流速有关 流速越大 腐蚀越快 所以钻具内壁的腐蚀要比外壁的腐蚀快 而这一点往往是人们注意不到的 钻具事故发生的起因 5 各种酸类的腐蚀酸类的腐蚀作用是由于它降低了钻井液的PH值和损害了管材的保护膜 同时也加强了钻井液的导电性 使电化学腐蚀作用增强 并且还会产生氢原子 如果有硫化物同时存在的话 就会产生氢脆作用 溶解于钻井液中的氧气 也会显著的加强酸类的腐蚀作用 钻具事故发生的起因 6 电化学腐蚀钻具在钻井液中类似于电极在电解液中 也可以产生导电反应 不同金属之间 不同的钢材化学成分之间 就会产生导电现象 如铜和钢连在一起放入水中 则铜为阴极 钢为阳极产生电流 钢被腐蚀 但钢与易反应的金属如铝和镁等连在一起放入水中 则钢为阴极 铝镁成为阳极产生电流 铝镁被腐蚀 而钢得到了保护 新钻杆与旧钻杆连接在一起 钻具事故发生的起因 则新钻杆起阳极作用 旧钻杆起阴极作用 新钻杆先被腐蚀 钻具的氧化皮与钢材本身之间的差异 也会产生电流 使钢本身进一步遭到腐蚀 受应力的金属相对于不受应力的金属呈负电位 也可形成电池效应 当电流流过钢材时 会带走微量的金属分子 并沉积于电流的另一端 这样就会形成疤痕 引起应力集中或造成疲劳破坏 钻具事故发生的起因 三 机械破坏的原因 钻具制造中形成的缺陷 如 轧制过程形成的夹层 调制过程发生结晶组织变化 公母接头连接螺纹的强度配比不合理 不是母强公弱 就是公强母弱 钻杆加厚过渡带几何形状设计不合理 因为这里是最容易造成应力集中的地方 钻铤公螺纹未车应力减轻槽 这些先天不足 往往会导致钻具早期损坏 钻具事故发生的起因 钻具在长期使用中的腐蚀与磨损 使某些区域管壁变薄或存在微细裂纹 强度大为减弱 在外力的作用下 钻杆最容易从最薄弱的地方被拉断或扭断 处理卡钻事故时 不恰当地用大力活动 当应力超过其屈服极限时 就产生变形 把钻杆拉细拉长 当应力超过其强度极限时 就会把钻杆拉断 钻具事故发生的起因 在搬运或使用过程中造成了外伤 如卡瓦牙痕 井下落物 钻头牙齿 钳牙 卡瓦牙造成的横向刻痕 以及撞伤 砸伤等 这些外伤往往成为应力集中点 由此而向外扩展 而且各种腐蚀也容易从这里开始 造成钻具的局部损坏 钻具事故发生的起因 上扣不紧 不按规定扭矩上扣 接头台肩未靠紧 一方面台肩失去密封作用 螺纹容易被钻井液刺坏 另一方面 由于失去台肩的支撑力 公母螺纹产生频繁地交变应力 会使螺纹疲劳折断 钻进时加压过大 或发生连续别钻 或在遇阻遇卡时强扭 把钻杆母螺纹胀大 胀裂 造成钻具脱落 钻具事故发生的起因 对各种连接螺纹特别是配合接头的连接螺纹长期使用而不定期卸开检查 以致螺纹磨损造成钻具脱落 要知道 连接着的螺纹也经常处于变化之中 不可不查 在接头或钻杆加厚部分的内径突变处 流动的钻井液形成涡流 冲蚀管壁 甚至会把管壁刺穿 降低了钻杆的抗拉抗扭强度 钻具事故发生的起因 将连接螺纹的规范搞错 把尺寸相近而又不是同一规范的公母螺纹连接在一起 因为它们咬合不紧 在运转过程中容易磨损而造成钻具脱落 中途测试挤坏钻杆 为了进行地层测试 测试工具要用钻杆连接下到测试层位 在测试阀打开之前 钻杆内是空的 底部钻杆处于钻井液的静压下 如超过了钻杆的抗挤强度 就会把钻杆挤坏 下面把各种钻杆的最小抗挤压力列于表 钻具事故发生的起因 新钻杆和一级钻杆的最小抗挤压力 Mpa 二 三级钻杆最小抗挤压力单位 Mpa 四 事故破坏的原因 把不同钢级 不同壁厚 不同等级的钻杆混同使用 强度最弱的钻杆总是首先遭到破坏的 顿钻造成钻具折断 如因顶天车 刹车失灵 井口工具失效 单吊环提钻 井口上部钻具倒扣 都有可能把钻具顿入井中 这种事故是非常恶性的事故 它有可能把钻具顿弯 有可能把钻头顿掉 也有可能把钻具顿成几截 处理起来是比较困难的 钻具事故发生的起因 事故倒扣 在处理卡钻事故中 为了套铣或侧钻 不得不将一部分钻具倒入井中 过失倒扣 由于操作者的失误 在下列三种情况下有可能将钻具倒入井中 a 在下反扣工具的过程中 甩转盘正转的办法给反螺纹钻杆上扣 把转盘以下的反螺纹钻具倒入井中 钻具事故发生的起因 b 在钻进或划眼时 钻头遇阻遇卡 上面的钻具继续旋转 储存了很大的能量 一旦摘开转盘离合器而不加控制 整个钻柱要飞速地倒转 在惯性力的作用下 把下部钻具倒开 在这种时候 越是靠近钻头的地方 所受的反扭矩的冲击力越大 所以最容易把钻头倒掉 c 在钻进或划眼时 钻头遇阻遇卡 上面的钻具继续旋转 储存了很大能量 一旦阻力被克服 整个钻柱要飞速正转 但转盘的转速不可能与钻柱的转速同步 反而起到了制动作用 在惯性力的作用下 把上部的钻具倒开 钻具事故发生的起因 钻具事故的预防措施 一 钻具事故的具体特征1 钻具的疲劳破坏大量资料表明 疲劳破坏是钻具破坏的最常见形式 也是发生钻具事故的最重要原因 钻具疲劳破坏一般包括纯疲劳破坏 伤痕疲劳破坏 腐蚀疲劳破坏三种基本类型 钻具事故的预防措施 钻杆的疲劳破坏在钻井施工中 钻杆承受拉伸 压缩 扭转与弯曲的高变应力 其中拉伸和弯曲 在同一管壁上的交替拉伸和压缩 是最危险的应力 在直井钻井中 如果钻具重量和钻压相配合 钻具下部的钻杆受压缩而发生弯曲的几率相对较小 因而发生疲劳破坏 一般指纯疲劳破坏 的几率也就很小 但在定向井钻井中 钻杆在弯曲井眼中转动时将产生周期性的弯曲应力 管子的每边在钻具转动一圈过程中 都要经受从拉伸到压缩的循环应力 钻具事故的预防措施 在这种高变应力作用下 即使有足够数量的钻铤 钻杆仍有可能会发生疲劳破坏 一般而言 靠近钻铤的钻杆发生弯曲的可能性最大 因为钻铤刚度大 能抵抗弯曲 所以弯曲常发生在钻铤以上的钻杆处 而且钻杆所受的最大应力常发生在加厚部位的末端 约距接箍50cm左右的位置 这是因为由于钻杆接头强度相对较高 刚度相对较大 接头不可能弯曲 弯曲只能发生在接头的下管壁强度较低的钻杆本体上 在这断面变化的位置 起到类似虎钳固定的作用 成为弯曲的支点 因此 大多数钻杆破坏发生在距接头1 2m范围以内 钻具事故的预防措施 钻铤的疲劳破坏在钻井过程中 一般情况下 所用钻压超过钻铤弯曲临界钻压 所以下部钻铤也常处于弯曲状态 同钻杆的破劳破坏一样 钻铤在弯曲状态下旋转时也容易产生疲劳破坏 所不同的是钻铤本体的刚度比扣部大 故应力集中在强度相对较弱的扣部处上 因此 大部分钻铤断裂均发生在扣部 钻具事故的预防措施 钻铤扣部在受到钻铤弯曲作用时 一般有两个应力集中区 当钻铤上扣完好时 公 母扣台肩密合在一起 而在母扣根部最后未啮合扣处 抗弯截面突然减小 因而产生应力集中 在弯曲高变应力作用下 容易在该处的螺纹根部发生断裂 这种钻铤破坏在现场不常见 当钻铤上扣不紧时 公 母扣台肩面没有密合 钻具事故的预防措施 或由于弯曲力矩作用使台肩面分离 公接头受不到台肩面的支承 因而在公扣根部与母扣啮合的第一扣附近 出现应力集中区 同时由于螺纹的切口效应在此处最容易产生疲劳破坏 这是钻具破坏最常见的形式 为了避免这类形式的破坏 必须施加足够的紧扣扭矩 使台肩面受到充分的弹性压缩 钻具事故的预防措施 2 违章操作造成钻具事故 在强力震击 溜钻 顿钻等冲击力作用下 折断钻杆 在强力扭转作用下 造成钻具断裂 胀扣 钻具检查疏忽 甚至入井前未进行钻具检查 将质量差或已损坏的钻具下入井内使用 或者将低级别钻杆混合于高级别钻杆中使用 在超负荷使用时 造成钻具本体损坏 螺纹密封不符合使用要求 螺纹连接不紧 台肩不密封 造成螺纹连接部位刺坏 断落 钻具事故的预防措施 二 钻具事故的预防措施1 采用最佳紧扣扭矩钻具的紧扣扭矩不易过小 也不易过大 应采用一个最佳的紧扣扭矩值 如果扭矩偏小 则不能在接头台肩面产生足够弹性压缩 来防止台肩面的分离 但如果紧扣扭矩过大 超过接头的屈服强度时 则会引起公接头的伸长和母接头的膨胀变形 对于钻铤 采用最佳扭矩 尤为重要 钻具事故的预防措施 一般而言 大尺寸钻铤大多数是由于紧扣扭矩不足而引起接头漏失或公接头疲劳破坏 除此之外 合理的紧扣扭矩还可避免刺钻具现象的发生 由于接头螺纹的顶部和底部都留有间隙 于是在螺纹两端之间形成通道 在台肩面之间可能发生泥浆泄漏 造成接头严重冲蚀 甚至刺漏钻具 不同钻具的推荐紧扣扭矩如表 多常用钻铤紧扣扭矩 常用钻杆扣扭矩 钻杆分级以SY T5824为标准 钻头推荐紧扣扭矩 如果预计井底扭矩较高 可取推荐值上限或在推荐值的基础上增加10 钻具事故的预防措施 目前 钻井现场广泛使用液压大钳 紧扣扭矩的大小 须通过液压系统的工作压力显示出来 不同的液压系统工作压力对应于某一固定的扭矩值 通过控制液压系统工作压力达到我们需要的紧扣扭矩 国产ZQ 203型液压大钳在不同工作压力下的钳头扭矩如下表所示 ZQ 203液压大钳在不同工作压力下钳头扭矩表 钻具事故的预防措施 2 使用加重钻杆在钻杆的繁重工作段 在弯曲井眼段 使用加重钻杆可降低这些段的应力 延长整个钻柱的使用寿命 具体而言 一是在弯曲井眼段 使用加重钻杆代替钻杆 由于其刚度较大 耐磨性较强 可减少钻柱的磨损和疲劳破坏 二是加重钻杆做为钻铤和钻杆间的过渡段 我们知道 钻柱的疲劳破坏常发生在钻铤以上几根钻杆上 如果在钻铤和普通钻杆之间用一段加重钻杆 则可以缓和断面刚度的变化 减少应力集中 钻具事故的预防措施 3 钻具进行定期探伤钻具使用一段时间后 即使没有发生损伤 也需进行探伤 只是不同钻具的探伤周期不同 钻杆 钻杆探伤主要检查管体疲劳裂纹 腐蚀 机械损伤等 在正常使用情况下 新钻杆的探伤周期为纯钻时间4500小时 旧钻杆的探伤周期是纯钻时间2200小时 加重钻杆 加重钻杆探伤主要检查壁厚变化部位的疲劳裂纹和螺纹上疲劳裂纹 在正常使用情况下 探伤周期为纯钻时问1200小时 钻具事故的预防措施 钻铤 包括配合接头 稳定器 主要检查螺纹上的疲劳裂纹 在正常使用情况下 探伤周期为纯钻时间600小时 方钻杆 主要检查加厚向驱动过渡部位和螺纹上的疲劳裂纹 在正常使用情况下 探伤周期为纯钻时间2200小时 钻具经历过特殊作业 事故处理等 应缩短探伤周期 钻具事故的预防措施 4 使用减震器等具有减震功能的井下工具在硬地层或软硬交错等地层钻进时 常常出现严重的跳钻现象 有时甚至无法加压钻进 跳钻所形成的严重轴向和径向冲击载荷 直接危害钻头 钻具的正常使用 此时使用减震器可减轻或避免钻具的损坏 除此之外 悬浮器和液力推进器等在有利于提高机械钻速的同时 也可实现减震器的功能 钻具事故的预防措施 5 严格钻具检查制度 钻具到井场后 井队工程技术人员应对钻具规格 钢级 管体 螺纹等进行严格检查 对不符合钻井设计要求的钻具不得入井 检查钻具管体有无电弧烧伤 大钳伤痕 卡瓦伤痕 切割伤痕等 避免引起钻具伤痕疲劳破坏 检查钻具螺纹 密封台肩及吊卡的承载台肩 钻具事故的预防措施 特殊入井工具须绘制草图 以便发生钻具事故后能正确处理 起下钻时认真检查钻具弯曲 磨损 刺漏等情况 经常检查起下钻操作工具 吊卡 卡瓦等 的工作状态是否完好 注意防止在钻杆上造成伤痕 钻具事故的预防措施 6 遵守钻具使用要求 钻具连接前应在螺纹及台肩面均匀地涂抹螺纹密封脂 螺纹与密封脂均应清洁无杂物 钻具对扣时应平稳 避免损伤螺纹和台肩面 井口工具必须与所用钻具的规格相符 钻具上下钻台应戴好护丝 钻具在使用过程中 要定期倒换和错扣 倒换钻具或错扣检查钻具时 要检查连接情况和扭矩大小 防止接头松晃 泥浆刺漏或粘扣损坏接头导致钻具事故 钻具事故的预防措施 通过内涂层钻杆水眼的井下工具及仪器应带有保护装置 以防损伤内涂层 严格遵守操作规程 做到不溜钻 不顿钻 控制憋钻 避免单吊环起钻等 处理井下复杂事故时 避免在一个吨位上反复猛提猛放 钻进时密切注意泵压变化 发现泵压下降0 5 1Mpa 地面查不出原因 立即起钻检查钻具 钻具事故的预防措施 如用单吊卡提放钻具 需选用长卡瓦 卡瓦使用井深应按卡瓦额定载荷的70 确定 卡紧位置应在钻杆内螺纹接头下方0 3 0 5M处 并且卡瓦一定要卡牢 避免连接或紧扣时 钻具旋转下滑造成钻具外周形成螺旋形刻痕损伤 起钻时要检查钻具是否弯曲 螺纹有无损伤变形 裂纹和断裂现象 母接头有无胀大现象 台肩面磨损是否严重等 未经磷化或镀铜处理的新加工钻具螺纹 使用前应进行磨合扣 钻具的维护与管理 要想不发生钻具事故 就必须正确使用钻具 并做好日常工作中的维护与管理工作 一 钻具的储存方式无论是在仓库或是在工作场所 都要按下列要求进行储存 要储存在管架台上 管架台要垫离地面0 3M以上 防止水 湿气 泥土的锈蚀 架存不许超过三层 层与层之间应均匀衬以垫木或垫杠三根 防止钻具产生弯曲 钻具的维护与管理 钻具应按钢级 壁厚 质级分类 接头水眼大小分别存放 每根钻杆在适当部位打上钢印 包括钢级 壁厚 编号 并登记卡片两张 一张存档 一张随钻杆转运 对长期存放的钻具 要定期检查其内外表面的腐蚀情况 并进行防腐工作 公 母螺纹及台肩要清洗干净 涂好防锈油 戴好螺纹保护器 钻具的维护与管理 凡是检查出的有问题的钻具 要与完好钻具分别存放 避免混入好钻具中 并且要用红漆或黄漆在有问题的地方标上明显的记号 在管子站内存放 要取掉钻杆上的胶皮护箍 否则 它会在钻杆本体上造成环状腐蚀槽 钻具的维护与管理 二 钻具在日常使用中的维护 钻具上下钻台 公 母螺纹必须戴好螺纹保护器 并且要平稳起下 不许碰撞钻杆两端的接头 具连接前 要将公 母螺纹及台肩清洗干净 仔细检查 认为没有问题 方可涂好合格的螺纹脂 进行连接 特别是方钻杆保护接头更要注意 因为它要和每个钻杆母接头连接一次 该接头若有损伤 会造成许多钻杆母接头的损伤 上 卸螺纹时 绝不允许大钳咬钻杆本体 钻具的维护与管理 当钻具悬重超过1100KN时 井口不许用短体卡瓦夹持钻具 以免挤伤钻杆 此时应改用长体卡瓦或用双吊卡进行起下钻和接单根等工作 空吊卡 钻具立柱或单根均不许撞击井口钻具的母接头台肩 上扣时 公 母接头必须对中 当有摇摆和阻卡现象时 不能快速旋扣 当发现有咬扣现象时 必须卸开重上 不能用大钳硬上 钻具的维护与管理 上扣时 必须用双钳按标准扭矩紧扣 不能松也不能过紧 鼠洞接单根时也必须用双钳紧扣 钻铤的提升短节也必须用大钳紧扣 防止下边上扣时 上边倒扣 使钻铤掉入井中 卸扣时 大钩弹簧要承受一定的拉力 保证被卸开的螺纹不受压力 同时也要防止钻具立柱在弹簧力的作用下撞击井口的母接头 卸扣时 不许用转盘绷扣 钻具的维护与管理 要避免产生刻痕 特别是横向刻痕 这些刻痕大部分是由大钳 卡瓦和井下落物造成 除处理事故外 弯钻杆不许下井 特别是不许使用弯曲的方钻杆 如发现方钻杆弯曲 应立即换掉 不能用钻杆做电焊时的搭铁线 因为容易烧成伤疤 在任何情况下 都不允许超过钻具的屈服强度提拉或扭转 钻具的维护与管理 使用高矿化度钻井液时 应加防腐剂 以保护钻具 钻井液的PH值应维持在9 5以上 这样可以减少腐蚀和断裂 钻遇硫化氢气体 应坚决压死 如必须在硫化环境中工作不可 应使用E级钢以下的钻杆 这里要特别提醒一点 各种配合接头也不得用高级合金钢制造 井下温度超过148 时 在钻井液处理剂和螺纹脂中 要避免含有硫的成分 进行钻杆测试时 钻杆在硫化氢环境中暴露的时间不得超过1h 可以泵入抑制缓冲液 在钻杆关闭后 可通过循环短节进行钻柱循环 钻具的维护与管理 三 钻具管理方法为了合理地使用钻具 延长其使用寿命 减少钻具事故发生率 还须制定一套合理的钻具管理制度 钻具应分类组合 成套使用 实行租用制度 把新钻杆 一级 二级 三级钻杆的租金拉开档次 优质优价 次质次价 有偿使用 损坏赔偿 鼓励浅井 中深井使用二 三级钻杆 彻底废除钻具费用摊销制度 钻具的维护与管理 入井钻具要详细检查钢号 没有钢号者要补打钢号 壁厚 公母接头水眼直径 注意 有些规范相同的钻杆 其接头水眼并不一样 更有甚者 一根钻杆的公 母接头 其水眼直径也不一样 丈量长度 登记造册 要把接头台肩及螺纹清洗干净 检查有无致命的损伤 同时还要检查钻杆本体有无致命的损伤 不合格者不许下井 钻具的维护与管理 在井使用钻具要实行定期上下倒换制度 抽上加下或抽下加上均可 目的是改变钻具的受力状态 使整套钻具的各个部分的受力趋于一致 执行错扣检查制度 每起一趟钻 错卸一个单根螺纹 三趟钻即可错卸完 错扣检查的目的有二 a 检查接头螺纹及台肩的完好程度 如发现螺纹内没有螺纹脂或者是充满了钻井液 肯定是台肩密封失去效用 应详细检查螺纹及台肩有无损伤 钻具的维护与管理 b 经常错卸螺纹可以防止螺纹紧难卸的问题 在腐蚀性的作业环境中 最好使用有内涂层的钻杆 并要定期检查内涂层剥蚀情况 利用内窥镜检查内涂层是比较麻烦的 可以用测厚仪测量钻杆不同部位的壁厚 推知内涂层的好坏状态 钻具的维护与管理 各种连接接头必须定期卸开检查 如有问题 应及时予以更换 要经常用肉眼观察 钻具表面有无麻坑 横向刻痕和裂纹 防腐层是否损坏 接头台肩是否平整 宽度是否磨薄 螺纹是否磨尖 变形及损伤 钻具是否弯曲 接头是否偏磨 发现以上情况 应将该钻具降级使用 或送管子站进行修理 钻具卸入场地存放时 应用清水清洗钻具内外表面及螺纹 清除腐蚀性物质 并在接买螺纹及台肩上涂上防腐油 并戴好螺纹保护器 钻具的维护与管理 四 钻具断落后的井下分析钻具断落应该很容易发现 它的特征是 悬重下降 泵压下降 转盘负荷减轻 没有进尺或者放空 有时落鱼很少 如只有一个钻头或一个钻铤 从悬重上很难分辨 但其它各项显示则是很清楚的 钻具的维护与管理 一经发现钻具断落 应立即用原钻具探鱼头 只有鱼头探到了 才可以有的放矢地进行打捞 但同时也要注意保护鱼头 不能在探鱼头的过程中损坏鱼头 因为一个完整的鱼头是进行打捞的必要条件 否则 将会给打捞工作带来不应有的困难 由于各种因素的影响 一般钻具断落后 鱼顶不在计算位置 在纵向和横向上都有许多不确定性 因此 探鱼头往往成为打捞工作中所遇到的第一个棘手问题 钻具的维护与管理 从纵向上看 鱼头位置不确定的因素有 钻头在井底 落鱼鱼头只是一个断口 这是最简单的情况 但是如果断口在中和点以上 原来一部分受拉力的钻具在断落后变为受压状态 而且随着井径的大小变化而呈弯曲形状 断口位置必然下移 断口以上的钻具原来所受拉力较大 钻具的维护与管理 现在所受拉力变小 上部钻具的自重伸长变短 断口要上移 这样上 下断口间就形成了一定的距离 这个距离的大小要视钻具总长度和落鱼长度而定 即井越深 落鱼长度越大 断口间形成的距离也越大 如果断口在中和点以下 可能出现相反的情况 即鱼头可能有少许的上移 钻具的维护与管理 钻头虽在井底 但落鱼不是一个断面 也就是说 钻具同时断成了几截 如果断口处井径大于钻具接头直径的两倍 落鱼有可能穿插下行 此时鱼头已不是一个 实际鱼顶位置和计算鱼顶位置相差就相当大了 应首先探明最上一个鱼顶位置 打捞以后 再探下一个鱼顶位置 钻具的维护与管理 起下钻过程中遇阻遇卡时 提 压 扭转用力过大 或者由于钻具本身的缺陷 过早地破坏 此时断落的钻具可能在原位置 也可能下行 什么地方有支撑点 它就留在什么地方 很难确定鱼顶的位置 在套铣落鱼时 如果落鱼处于井眼的中部 一旦卡点套通后 落鱼也会下行 可能一直落到井底 钻具的维护与管理 顿钻造成的事故更为复杂 由于各种原因造成的顿钻 钻具从井口脱落以后 以加速度向下运行 顿入井底 可能把钻具顿成几截 也可能使钻具严重弯曲 有几个鱼头和鱼头在什么位置很难预料 只有逐步试探 才能知其大概 钻具的维护与管理 电测的方法寻找鱼顶位置应该是比较可靠的 但是由于钻具的自重伸长和电缆的自重伸长不一样 再加上各自丈量的误差 电测的鱼顶深度和用钻具计算的鱼顶深度也是不一致的 钻具的维护与管理 基于以上原因 探测鱼顶时在纵向上允许有一定的活动范围 可以超过计算鱼顶位置下探 但下放速度要慢 遇阻时不能多压 更不能强转 因为下列几种情况都可能造成遇阻 碰到了鱼头 从鱼顶旁边插下去 碰到了下部钻杆的接头 钻具的维护与管理 到了小井径位置 不论是遇到钻杆接头还是钻杆本体都会遇阻 如果是在小压力 5 10KN 下慢转 压力不降或者突然消失 可能是遇到了鱼头或钻杆接头 这时可以提起钻具在原处重复试探 以确定该处是否是鱼头 如果慢转时压力不降或缓慢下降并发出轻微的金属撞击的 咔嗒 咔嗒 声 证明已到了落鱼旁边 就不应继续下探了 以防把落鱼挤向井壁 更难打捞 钻具的维护与管理 这里所说的慢转绝不是不受限制的连续旋转 探鱼遇阻时是不允许连续旋转的 每次只能慢转1 2圈 最多不许超过5圈 只要能帮助我们判明问题就行了 因为我们必须保护鱼头 防止任何性质的破坏 探鱼工具起出后 要进行仔细地检查 凡是探鱼工具顶部有擦痕 说明它接触到了鱼顶 凡是探鱼工具顶部无擦痕而周围有擦痕或磨光现象 说明探鱼工具超过了鱼头 钻具的维护与管理 如果下的是打捞工具 即使打捞不成功 也会给我们带来许多可贵的信息 就拿公锥来说吧 下钻到鱼顶位置遇阻 造扣也打倒车 很像是进入鱼头 但上提一些拉力就滑脱 有些人往往不甘心 就屡试屡败 屡败屡试 实际上一开泵就知道了 如果进入鱼头 泵压必然上升 反之 如果泵压不上升 肯定是未进入鱼头 钻具的维护与管理 另外从起出的公锥可以分析 凡是造扣部位有伤痕的 肯定是进入了鱼顶 凡是光杆部位及接头下台肩磨光的 是下入的公锥直径太小 凡是公锥顶部磨光而且顶端几扣螺纹磨平的 是下入的公锥直径太大 凡是接头周围及下台肩上有擦痕的 是下入到了落鱼旁边 这些情况都有助于我们决定下一步应采取什么措施 万万不可等闲视之 钻具的维护与管理 从横向上看 裸眼井段并不是我们想像的那样规矩 有缩径的井段 其直径甚至小于钻头直径 但大多数泥页岩井段 由于钻井液的冲蚀和岩层的垮塌 形成的井径大于钻头直径 甚至超过钻头直径两倍以上 这些情况都给探测鱼顶带来了极大的困难 我们分下列几种情况加以讨论 钻具的维护与管理 井眼直径小于钻具直径的两倍 如 215 9mm井眼和 127mm钻杆 一个井眼中容不下两套钻具 探鱼顶时必然会直接碰到鱼顶 而且在井内钻具断成几截的情况下也不会相互平行穿插 如图井径与落鱼头位置的关系 a 所示 这是最理想最简单的情况 钻具的维护与管理 井眼直径大于钻具接头直径的两倍 如 311mm井眼和 127mm钻杆 探鱼时有可能从鱼顶旁边插下去 如图井径与落鱼头位置的关系 b 所示 但若井眼直径小于钻头和钻具直径之和 则下钻头或与钻头相似的工具探鱼时可以探到鱼顶 如图井径与落鱼头位置的关系 c 所示 钻具的维护与管理 若井眼直径大于钻头和钻具直径之和 有可能用钻头也探不到鱼顶 更大的工具是无法下入的 此时只好用弯钻杆或可变弯接头探鱼顶 如图井径与落鱼头位置的关系 d 所示 弯钻杆端部偏离钻柱轴线的距离 视井下情况而定 但须大于井眼名义直径 钻具的维护与管理 可以偏离轴线500mm以上 弯钻杆可以从距母接头2m左右的地方拉弯 这样的话 弯曲角度小而位移大 下钻时也由于弹性应变大而不容易遇阻 事实证明 只要是在表层套管或技术套管中能下去的弯钻杆 在裸眼内是很少遇阻的 井径与落鱼鱼头位置的关系 钻具的维护与管理 如因顿钻而将钻具顿断 可能落鱼不是一截 而是两截或三截 如果断口正处于井径大的井段 井径小的井段 钻具不易顿断 落鱼有可能穿插下行 出现图 e 图 f 的情况 图 e 表示两段落鱼 但上鱼的鱼顶在下鱼的鱼顶以上 这种情况比较容易打捞 钻具的维护与管理 图 f 也表示两段落鱼 但上鱼的鱼顶在下鱼的鱼顶以下 这就很难判断那个是上鱼顶 那个是下鱼顶 如果先捞的是下鱼的鱼顶的话 那是根本起不出来的 钻具的维护与管理 如果上部井眼很规矩 而落鱼鱼头正处在井径突然变大处 如图 G 所示 形成所谓的藏头鱼 这是打捞工作中最棘手的问题 这种鱼头有的根本碰不到 有的即使能碰到 但任何打捞工具都抓不到它 在这种情况下 只好用可变弯接带打捞工具进行打捞 钻具的维护与管理 因为可变弯接头在短距离内可以形成较大的位移 比弯钻杆优越 如果使用可变弯接头带打捞工具仍抓不着鱼头 可以在打捞筒下接壁钩 或在壁钩内装公锥 先用壁钩把鱼头拨正 然后进行打捞 如果短壁钩不起作用 就用长壁钩下到鱼顶以下较深部位 不能超过鱼顶以下的第一个接头 钻具的维护与管理 正转 有憋劲后 关死转盘锁销 上提壁钩 以便把鱼头拉活动 使之离开井壁 或者改变鱼头在空间所处的位置 如果证明鱼头能够活动 则不可把壁钩提离鱼头 在壁钩钩头搂着鱼身而打捞工具正处于鱼头以上时 可以下放进行打捞 钻具的维护与管理 对于比较复杂的情况 往往令人捉摸不定 如何才能知道其概略 这就需要利用一切必要的侦察手段 将侦察得来的材料加以分析研究 做出比较符合实际的判断 定出下一步的打捞方案 钻具的维护与管理 如果用钻杆甚至用钻头都探不到鱼顶的话 就应该用电测的方法探测鱼顶位置及鱼顶上下井径大小 鱼顶以下不少于20M 鱼顶以上不少于100MM 这些资料虽然也有一定的误差 但毕竟是可供我们直观的有效数据 钻具的维护与管理 其次是对每一打捞过程 即使是失败了 也要收集与分析一切可以得到的信息 如在鱼头处的阻 卡 憋 跳现象及各种声响及打捞工具的内外擦痕与螺纹的磨损 崩落等 使用弯钻杆或可变弯接头时 还要记清这些擦痕的方向 譬如 擦痕在弯钻杆的弯曲方向 说明弯钻杆的偏移值不够 下一次应下偏移值更大的弯钻杆 钻具的维护与管理 如擦痕在弯钻杆弯曲方向的背面 说明弯钻杆的偏移值太大 下一次应下偏移值较小的弯钻杆 公锥造扣部位螺纹完好 说明未进入鱼头 转动时有钢铁撞击声 说明打捞工具已超过鱼头 最直观的还是泵压的变化 无论公锥 母锥 打捞筒 只要抓着了鱼头 泵压必然会上升 除非落鱼是相当短的 否则 泵压不可能不起变化 钻具的维护与管理 虽然我们尽量使自己的思想符合客观实际 但井下情况是看不见摸不着的 难免和实际情况有一定的误差 常常有这样的情况 经过反复探索找不到鱼顶 但不定向的用转盘转动着下放找鱼 反而把落鱼抓到了 其实这个道理也很简单 当打捞工具不带弯钻杆或可变弯接头静止下放时是一个点 当转动时 由于下面钻具的摆动 而形成一个扫描面 碰到落鱼的机会就增多了 钻具的维护与管理 如果打捞工具带有弯钻杆或可变弯接头 静止下放时 它扫描的是一个弧线 转动着下放时 它扫描的是一个环形面 也增加了碰到鱼顶的机会 当然这要反复多做 不可能一蹴而就 毕竟碰到鱼顶的机遇率是很低的 如果撞进了鱼头 千万不能提离 因为失去了这个机会 可能再也得不到这个机会 钻具的维护与管理 这里还需要说明一个问题 落鱼轴线和井眼轴线不可能重合 打捞钻具的轴线和井眼轴线也不可能重合 绝对的直井是没有的 因而钻具总是靠着井壁的下限 如果带有弯钻杆或可变弯接头 钻柱轴线并不在井眼轴线上 而是在井眼的周边上 随着转盘的转动 弯钻杆或肘节产生移轴现象 于是就产生如图所示的三种情况 钻具的维护与管理 当弯钻杆偏移值不大于实际井眼半径时 它扫描的面积如图 a 所示 是靠近井筒下限的眼球状面积 还有一部分弯月形面积是扫不到的 如果弯钻杆的偏移值大于实际井眼半径而小于其直径时 它扫描的面积如图 b 所示 是靠近井筒下限的带瞳孔的眼球状面积 其月牙面和瞳孔面是扫不到的 钻具的维护与管理 如果弯钻杆的偏移值大于实际井眼直径 它所扫描的面积如图 c 所示 是个环形面积 中间的这部分圆面积是扫不到的 所以在大井眼中打捞钻具时 随着对井下情况的不断认识 经常需要改变弯钻杆的偏移值 那是很自然的事 弯钻杆扫描面积示意图 钻具的维护与管理 如果鱼顶部位井径很大 而弯钻杆又不可能弯曲得很大 因为太弯了 从井口就下不去 可以采取两种办法 在弯钻杆下边接一个直钻杆 然后在直钻杆上接打捞工具 这样 偏移值可以增加很多 用偏水眼公锥或偏水眼接头 把正常公锥的下部水眼堵死 而从侧面开一个新的水眼 这个新水眼 不能开在造扣部位 而应开在造扣部位以下 钻具的维护与管理 如果偏水眼公锥与弯钻杆配合在一起使用 则偏水眼的方向一定要与弯钻杆的弯曲方向相反 由于是偏水眼 在开泵循环时 利用液流的反推力 而将公锥推向井壁一边 转盘旋转一周 公锥可沿井眼周边探测一周 同时我们还可以利用钻井泵排量的大小变化 来调节公锥的侧向反推力 排量越大 公锥的位移越大 排量越小 公锥的位移越小 停止循环时公锥垂直向下 钻具的维护与管理 由于它活动范围大 且可以自由调节 有些用弯钻杆很难找到的鱼头 用偏水眼公锥却可以找到 这是它的优点 但是 由于是偏水眼 循环钻井液时直接冲刺井壁 对不稳定地层容易冲垮 另外打捞钻具后 也不能较长时间地大排量循环 因为造扣后 偏水眼虽然不可能堵死 但周边环形间隙很小 形成的液流速度很高 很容易刺坏钻具 由于它有这两个致命的弱点 所以不到万不得已时 是很少用偏水眼公锥的 钻具的维护与管理 偏水眼接头的作用和偏水眼公锥一样 只是把公锥上部的配合接头上开一个侧眼 而把公锥本身的水眼堵死 但是在打捞后 下部钻具将失去循环 对解除事故不利 所以只有在下部钻具已经失去循环或者在打捞后根本不想进行循环的情况下才能使用偏水眼接头 偏水眼公锥 打捞断落钻具的工具 对落物的打捞方法不一 使用工具较多 如喷射吸入式反循环打捞篮 不投球 反循环强磁打捞篮 磁铁打捞器 磨鞋 牙轮打捞器 钢丝打捞筒 一把抓 反循环打捞篮等 下面重点将反循环打捞篮 磨鞋介绍如下 打捞断落钻具的工具 一 LL型反循环打捞篮工具LL型反循环打捞篮主要捞取井底较小落物 如钻头牙轮 碎铁 钳牙等 它在打捞作业时 可在井底造成局部反循环 此时井下落物将被冲到打捞篮内 有利于保持井底干净 打捞断落钻具的工具 钻井打捞工具在井下工作时 一般为正循环泥浆 这样在打捞或磨铣时 因泥浆冲刷 上返作用而把较小的落物冲到环形空间上部或把较大的落物冲到井底四周 因而妨碍了打捞或磨铣的正常进行 尤其在某种条件下 如较硬的地层 不仅如此 而且很容易发生磨铣时的卡钻事故 基于上述因素 利用反循环打捞篮的打捞特性 保证了大小落物全部打捞起来 而不致于捞漏 打捞断落钻具的工具 1 组成结构外部结构由上接头 外筒 铣鞋组成 内部由阀杯 钢球 阀座及打捞爪盘总成组成 打捞断落钻具的工具 外筒部件是双层的 由外筒和内筒组成 外筒与内筒之间是可循环的空间 外筒上水眼 一般由4 6个 22mm 30mm的大孔组成 向上呈45 与两筒夹层不通 但与内筒内腔相通 上水眼大孔的目的是为了减小泥浆的上返阻力 而下水眼 16 20个 8mm 9mm的小孔组成 向下呈15 与两筒夹层相通 打捞断落钻具的工具 16 20个小孔的目的是为了增加流速并形成一个兀形水帘 易把小落物全部冲人打捞篮内 下部铣鞋齿上焊有碳化钨颗粒 3 5mm 碳化钨 其耐磨性很高 而且易于修复 阀杯用来引导刚球能正确地落入阀座内 从而使泥浆进入双层筒 以达到反循环的目的 打捞爪一方面是捞取落物的机构 另一各方面也是获取岩心的机构 打捞爪总成与外筒的上下台肩有一定的间隙 在操作中可以自如转动 以免触掉打捞爪牙 打捞断落钻具的工具 2 工作原理当打捞篮下井后 投球前 泥浆循环通过阀座由内筒腔经铣鞋往外返至井眼环空 此刻为正循环 投下钢球后 当钢球落入阀座上 此时泥浆由双层简体之间隙经下水眼以高速流出 喷射至井底 将全部落物冲入打捞篮内 后经铣鞋冲入内筒内腔后 由上水眼又返到外筒与井壁的环空 从而实行了反循环 打捞断落钻具的工具 3 使用与操作 下井前首先检查打捞篮是否装好 钢球是否取出 爪盘是否转动自如 主要点 捞爪向里转动和复位是否灵活可靠 规格是否与井筒相符 配备钢球能否通过所下钻具 接头 丈量尺寸 绘制草图 打捞断落钻具的工具 打捞钻具组合 反循环打捞篮 钻铤30 40M 钻杆 工具紧扣卸扣时 大钳避免打外筒中部 下钻至打捞篮距井底0 5 1M大排量循环泥浆20 30分钟 把筒内及井底砂子冲净 上提钻具 卸方钻杆投球 开泵循环泥浆 送钢球至球阀座 此时应密切注意泵压的变化 当钢球落入阀座后 泵压会突然上升0 5 1Mpa 打捞断落钻具的工具 反循环划眼至井底0 2 0 3M刹住刹把 冲洗井底10 20分钟后 最好间断启动转盘 边转动边循环至井底取心 取心之开始时钻压不过5KN 待井底工具运转确实平稳后 再逐渐增压至10 30KN 如取心开始时 井下出现憋跳现象 说明有 漏网之鱼 可提起钻具重复上述动作 取心长度0 3 0 5M 取心完后 磨心20 30分钟 割心起钻 无太大把握时也可以烧心起钻 起钻时禁止转盘卸扣 并灌好泥浆 反循环打捞篮规格系列 打捞断落钻具的工具 5 其它反循环工具简介 反循环强磁打捞篮反循环强磁打捞篮其结构 原理基本与反循环打捞篮一样 不同的只是组合形式多样化 如装上篮框即是打捞篮 将篮框换成磁心则成为反循环强磁打捞篮 将铣鞋换成抓头又可组成反循环一把抓 打捞断落钻具的工具 喷射吸入式反循环打捞篮这种工具和其它反循环打捞篮基本相似 不同的是不必投球 在上接头下端安装了一个喷嘴 在泥浆液流作用下 可造成局部负压抽吸内筒里的泥浆与泵入泥浆混合 再流向井底 增加反循环排量 有利于提高打捞效率 打捞断落钻具的工具 打捞断落钻具的工具 二 随钻打捞杯工具随钻打捞杯主要用于钻进过程中打捞碎块落物 如钻头硬质合金齿等 它对于保持井底干净 提高钻头使用寿命 减少和防止钻头意外损伤具有重要作用 随钻打捞杯示意图 接头体 杯体 打捞断落钻具的工具 1 工作原理对井眼和套管来说 杯体直径相对较大 因而泥浆在管柱的这个部位形成高返速 泥浆超过杯体时 由于环空体积变大 泥浆流速骤然下降 在杯顶上方形成涡流 在该