張來(lái)斌, 樊建春， 祖 強(qiáng)

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)，北京102249；2.中國(guó)石油塔里木油田公司，新疆庫(kù)爾勒 841000)

油井鉆具完整性管理與風(fēng)險(xiǎn)控制

張來(lái)斌1, 樊建春1， 祖 強(qiáng)2

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)，北京102249；2.中國(guó)石油塔里木油田公司，新疆庫(kù)爾勒 841000)

探索建立科學(xué)合理的在役鉆具檢測(cè)、評(píng)價(jià)、維護(hù)和使用管理體系,對(duì)有效防止鉆具失效而引發(fā)井下故障具有重要意義。基于風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)(RBI)的理念，提出了依據(jù)鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)實(shí)施完整性管理的方法，闡述了該管理方法的流程及主要內(nèi)容，分析了鉆具失效定性與定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)應(yīng)考慮的主要因素，探討了基于風(fēng)險(xiǎn)的鉆具檢測(cè)策略和建立鉆具技術(shù)狀態(tài)及適用性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的主要依據(jù)，結(jié)合磁記憶檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例,介紹了實(shí)現(xiàn)鉆具視情狀態(tài)維修與使用管理的途徑。實(shí)踐表明，基于風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)的鉆具完整性管理，對(duì)于準(zhǔn)確掌握鉆具技術(shù)狀態(tài)、有效防止因異常狀態(tài)鉆具入井而引發(fā)的井下故障及保障鉆具資源的合理利用具有重要作用。

鉆具失效 風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè) 磁記憶檢測(cè) 完整性管理

在深井、超深井、水平井和分支井等復(fù)雜油氣井鉆井過(guò)程中,井下鉆具受復(fù)雜的拉、壓、彎、扭復(fù)合動(dòng)載作用及井眼介質(zhì)條件的影響，易發(fā)生斷裂、刺漏等鉆具失效，對(duì)鉆井安全造成嚴(yán)重影響。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)復(fù)雜油氣井鉆井?dāng)?shù)量的不斷增加，鉆具失效問(wèn)題日益突出[1-4]。如何及時(shí)準(zhǔn)確地掌握在役鉆具的技術(shù)狀態(tài)，實(shí)施更為科學(xué)的鉆具完整性管理，防止帶傷鉆具再次入井而引發(fā)井下故障,是復(fù)雜油氣井鉆井工程中亟待解決的重大問(wèn)題。

目前，國(guó)內(nèi)油田普遍采用鉆具分級(jí)管理模式，即主要依靠綜合檢測(cè)手段對(duì)在役鉆具進(jìn)行定期檢測(cè)，并依據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)鉆具進(jìn)行分級(jí)，根據(jù)具體井況選用相應(yīng)等級(jí)的鉆具。該管理模式盡管在一定程度上保證了鉆具的合理利用和入井鉆具的可靠性，但也存在著一些問(wèn)題：1)對(duì)復(fù)雜油氣井而言，不同區(qū)塊、不同井型、不同井深和不同使用條件下，鉆具的損傷規(guī)律存在明顯差異，按照經(jīng)驗(yàn)確定的檢測(cè)周期進(jìn)行鉆具檢測(cè)分級(jí)，無(wú)法準(zhǔn)確反映復(fù)雜工況下鉆具的技術(shù)狀態(tài)，難以確保入井鉆具的可靠性；2)不區(qū)分鉆具的具體使用情況，將成批鉆具定期運(yùn)回基地進(jìn)行系統(tǒng)的檢測(cè)分級(jí)，需耗費(fèi)巨大的轉(zhuǎn)運(yùn)成本和檢測(cè)費(fèi)用；3)由于現(xiàn)有常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)無(wú)法反映鉆具接頭螺紋的累積疲勞損傷狀態(tài)，目前對(duì)于經(jīng)歷過(guò)惡劣井況的鉆具只能統(tǒng)一采取切修扣措施，以改善或減輕接頭螺紋敏感部位的應(yīng)力集中程度，這在相當(dāng)大的程度上縮短了一大批正常狀態(tài)鉆具的使用壽命，造成不必要的鉆具資源浪費(fèi)。為此，筆者依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)管理的理念,提出了基于風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)的鉆具完整性管理方法，建立起以失效風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)的鉆具優(yōu)化檢測(cè)程序，并通過(guò)采用磁記憶檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鉆具視情狀態(tài)維修,在有效降低鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，節(jié)約了維修成本。

1 基于風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)的鉆具完整性管理模式

1.1 基于風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)概況

基于風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)(risk-based inspection，RBI)是一種追求系統(tǒng)安全性與經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)一的理念與方法[5]。該方法依據(jù)安全系統(tǒng)工程和風(fēng)險(xiǎn)管理的理念，在對(duì)系統(tǒng)中固有的或潛在的危險(xiǎn)發(fā)生的可能性與后果進(jìn)行科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，找出薄弱環(huán)節(jié)，確定風(fēng)險(xiǎn)排序，然后根據(jù)系統(tǒng)中各單元的風(fēng)險(xiǎn)水平優(yōu)化檢測(cè)策略，并進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)，以取得最佳的系統(tǒng)維護(hù)效果，將系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)控制在最低水平，在確保系統(tǒng)安全的同時(shí)，顯著降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。

RBI在本質(zhì)上是一種動(dòng)態(tài)和系統(tǒng)的檢測(cè)方法[6]。實(shí)施RBI需要在充分考慮設(shè)備的前期檢測(cè)結(jié)果、檢測(cè)有效性、設(shè)備服役時(shí)間、損傷水平和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的基礎(chǔ)上，確定合理的檢測(cè)周期；強(qiáng)調(diào)以科學(xué)完善的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，依據(jù)系統(tǒng)單元的風(fēng)險(xiǎn)排序合理配置檢測(cè)資源，即對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)水平的單元配備更多高效檢測(cè)資源，同時(shí)也不忽視對(duì)低風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備的管理。RBI能夠通過(guò)檢測(cè)資源的合理利用提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，并有效節(jié)約維護(hù)成本。RBI的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：1)提高對(duì)設(shè)備故障的預(yù)測(cè)能力和精細(xì)化安全管理水平，降低設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)；2)有助于建立完善的設(shè)備完整性管理體系，提高風(fēng)險(xiǎn)管理水平； 3)通過(guò)實(shí)施優(yōu)化的檢測(cè)與維護(hù)策略直接降低設(shè)備運(yùn)行成本；4)避免低風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備的過(guò)度維修，顯著降低維修成本。

RBI最早由挪威船級(jí)社應(yīng)用于海洋平臺(tái)，美國(guó)石油學(xué)會(huì)先后發(fā)布了API 581和API 580等2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)[7-8]，推進(jìn)了RBI在石油化工領(lǐng)域和管道行業(yè)的廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)自本世紀(jì)初開(kāi)始逐步推行RBI，并已在石化、油氣管道和海洋平臺(tái)等領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用[9-11]，但在鉆井領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于起步階段。

1.2 鉆具完整性管理流程

圖1所示為基于風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)的鉆具完整性管理流程。與一般設(shè)施的完整性定義類(lèi)似,鉆具完整性是指鉆具在物理上和功能上是完整的，鉆具的技術(shù)狀況處于受控狀態(tài),通過(guò)持續(xù)不斷的鉆具全壽命周期管理，防止鉆具失效的發(fā)生。與現(xiàn)有的鉆具分級(jí)管理模式不同，基于RBI的鉆具完整性管理以鉆井作業(yè)中的鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為基礎(chǔ),依據(jù)失效風(fēng)險(xiǎn)對(duì)鉆具實(shí)施主動(dòng)檢測(cè)與維護(hù)；其關(guān)鍵技術(shù)包括實(shí)際工況條件下鉆具的失效風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、基于風(fēng)險(xiǎn)的鉆具檢測(cè)程序優(yōu)化與實(shí)施、鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)控制等。

鉆具完整性管理的具體步驟為：1)風(fēng)險(xiǎn)分析，即鉆柱和鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)的定性或定量評(píng)價(jià)；2)基于風(fēng)險(xiǎn)的鉆具檢測(cè)，即按照鉆柱和鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)排序來(lái)優(yōu)化配置檢測(cè)資源，實(shí)施檢測(cè)程序；3)風(fēng)險(xiǎn)控制，即通過(guò)采取鉆具技術(shù)狀態(tài)評(píng)價(jià)、狀態(tài)維修、視情分級(jí)使用、優(yōu)化鉆具組合、工況控制和鉆具重新設(shè)計(jì)選型等一系列控制措施，使入井鉆具的失效風(fēng)險(xiǎn)處于可接受水平；4)完整性管理監(jiān)控，即通過(guò)不斷跟蹤監(jiān)控、信息反饋和技術(shù)規(guī)范的持續(xù)完善與落實(shí)，確保在役鉆具的完整性。

2 鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

2.1 鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的目的是確定風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源，即依據(jù)鉆具失效分析、失效歷史記錄和同類(lèi)鉆具的相關(guān)資料等掌握鉆具的主要失效類(lèi)型、特征和原因。油井鉆具失效類(lèi)型一般包括斷裂、刺漏、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、腐蝕、磨損和機(jī)械損傷等，由于不同井況及鉆井工藝條件下的鉆具工況存在較大差異，不同類(lèi)型的鉆具失效呈現(xiàn)不同特點(diǎn)，鉆具風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別必須體現(xiàn)出這種差異。通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別得出的塔里木山前構(gòu)造帶深井超深井鉆井鉆具失效的主要類(lèi)型及特征如表1所示。

表1 塔里木山前構(gòu)造帶深井超深井鉆具失效的主要特征

Table 1 The drilling tool failure features in deep wells in the Tarim Oilfield

2.2 鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)定性評(píng)價(jià)

鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)定性評(píng)價(jià)是指針對(duì)不同區(qū)塊特定類(lèi)型的鉆井作業(yè)，分析鉆具失效的可能性和失效后果，建立風(fēng)險(xiǎn)矩陣，確定鉆柱或單根鉆具不同部位的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和風(fēng)險(xiǎn)排序。其中，失效的可能性需要依據(jù)具體作業(yè)區(qū)塊或類(lèi)似區(qū)塊鉆具失效的歷史數(shù)據(jù)、具體的鉆井工況、現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)的有效性、使用鉆具的質(zhì)量水平、鉆具管理水平等情況進(jìn)行分析，通常采取專(zhuān)家評(píng)分方法確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。失效后果主要依據(jù)已有的鉆具失效損失統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、鉆具失效可能引起的井下故障及處理的難易程度、費(fèi)用及損失時(shí)間、失效時(shí)所處的鉆井階段、有無(wú)造成人員傷亡可能性等情況進(jìn)行失效損失估計(jì),由于鉆具失效導(dǎo)致的事故后效往往存在較大不確定性，可考慮將最嚴(yán)重情況下的損失水平作為評(píng)價(jià)依據(jù)。井下鉆具斷裂失效通常具有突發(fā)性，導(dǎo)致的后果也最為嚴(yán)重，但在鉆井不同階段和井下不同位置發(fā)生的鉆具斷裂，造成的后果及影響的范圍同樣也存在較大差別。失效后果評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)則依據(jù)發(fā)生各類(lèi)失效可能造成的生產(chǎn)損失水平的相對(duì)高低和是否會(huì)造成安全或環(huán)境災(zāi)難來(lái)制定。

鉆具失效可能性評(píng)級(jí)考慮的主要因素包括鉆井作業(yè)區(qū)塊、鉆井工況條件、鉆具失效/損傷類(lèi)型或機(jī)制、損傷檢測(cè)方法的適合程度、使用鉆具的類(lèi)型及質(zhì)量水平、該區(qū)塊或同類(lèi)區(qū)塊同類(lèi)井鉆具失效情況、井深與井身結(jié)構(gòu)、鉆井設(shè)計(jì)水平和鉆井質(zhì)量、鉆井作業(yè)管理水平以及鉆具管理水平。

鉆具失效定性評(píng)價(jià)所采用的風(fēng)險(xiǎn)矩陣如圖2所示，需要解決的核心問(wèn)題是如何通過(guò)細(xì)化失效可能性與失效后果分析所考慮的主要因素來(lái)細(xì)化評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)價(jià)

鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)的定量評(píng)價(jià)主要依據(jù)作業(yè)地區(qū)統(tǒng)計(jì)的鉆具失效概率和失效后果值計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)值，其前提是已充分掌握了該地區(qū)或同類(lèi)地區(qū)鉆具失效的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及失效損失情況，如萬(wàn)米進(jìn)尺鉆具斷裂次數(shù)和鉆具斷裂引發(fā)的井下故障的損失情況等。鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算公式為：

Ri=K1K2F0Ci

(1)

式中：Ri為鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)；K1為區(qū)塊修正因子；K2為管理評(píng)價(jià)因子；F0為一般失效概率，例如鉆桿、鉆鋌的失效概率分別為2.6×10-6和2.4×10-6；Ci為失效后果值。

在選取區(qū)塊修正因子K1時(shí)，需要考慮技術(shù)模量因子(損傷速率、檢測(cè)有效性等)、井況因素(井深、井身結(jié)構(gòu)、介質(zhì)條件、地層條件等)、機(jī)械因素(鉆柱復(fù)雜性、鉆具標(biāo)準(zhǔn)、壽命周期、安全系數(shù)等)和工藝因素(鉆井方式、鉆井負(fù)荷等)。在選取管理評(píng)價(jià)因子K2時(shí)，需要考慮的因素包括監(jiān)督管理水平、井隊(duì)管理水平、鉆具管理水平及規(guī)范完善程度等。選取失效后果值Ci時(shí)，需將各種可能導(dǎo)致的損失統(tǒng)一折算為費(fèi)用進(jìn)行估算，以斷裂失效為例，包括鉆具損失、引發(fā)的井下故障處理費(fèi)用、鉆井時(shí)間損失等。

對(duì)單根鉆具而言，風(fēng)險(xiǎn)值的計(jì)算需要細(xì)化到鉆具各部位，從而得出整個(gè)單根鉆具上的失效風(fēng)險(xiǎn)值的分布情況，以便在制定風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)計(jì)劃時(shí)針對(duì)不同部位確定不同的檢測(cè)策略；而對(duì)鉆柱而言，則需要計(jì)算構(gòu)成鉆柱的單根鉆具風(fēng)險(xiǎn)值，從而得出整個(gè)鉆柱上不同部位鉆具的失效風(fēng)險(xiǎn)分布，以利于確定各鉆具的風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)策略。單根鉆具的失效風(fēng)險(xiǎn)為各單元風(fēng)險(xiǎn)之和，整個(gè)鉆柱的失效風(fēng)險(xiǎn)為各單根鉆具的風(fēng)險(xiǎn)之和。

2.4 鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)分布

通過(guò)系統(tǒng)的鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)最終需要確定：1)不同作業(yè)區(qū)塊的總體鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)排序；2)同一作業(yè)區(qū)塊內(nèi)單井鉆具的總體失效風(fēng)險(xiǎn)水平；3)井下鉆柱的失效風(fēng)險(xiǎn)分布；4)單根鉆具的失效風(fēng)險(xiǎn)分布。其中，后兩項(xiàng)是測(cè)算單井和區(qū)塊總體失效風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)。工程實(shí)踐表明：對(duì)陸上直井而言，絕大多數(shù)鉆具失效發(fā)生在鉆桿的加厚過(guò)渡帶和鉆具連接螺紋部位，與這些部位突出的應(yīng)力集中程度有密切關(guān)系。在鉆具失效類(lèi)型中，突發(fā)疲勞斷裂造成的后果往往最為嚴(yán)重；對(duì)深井超深井鉆柱，處于井口受拉段的鉆具通常承受最大拉應(yīng)力，而處于中性點(diǎn)附近及以下承受較大彎曲應(yīng)力作用的鉆具受強(qiáng)烈的橫向振動(dòng)和交變載荷的影響，易發(fā)生疲勞斷裂，通常處于這些位置的鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)較高。

3 基于風(fēng)險(xiǎn)的鉆具檢測(cè)方法

3.1 鉆具風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)程序

基于風(fēng)險(xiǎn)的鉆具檢測(cè)將風(fēng)險(xiǎn)分析與完整性分析相結(jié)合，根據(jù)鉆井作業(yè)區(qū)塊的鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，從經(jīng)濟(jì)性和安全性的角度制定明確的檢測(cè)策略(檢測(cè)頻率、檢測(cè)范圍和檢測(cè)方法)，強(qiáng)調(diào)將主要檢測(cè)資源集中于高風(fēng)險(xiǎn)鉆具或部位，而將少量檢測(cè)資源應(yīng)用于低風(fēng)險(xiǎn)部位，并找出在當(dāng)前可接受風(fēng)險(xiǎn)水平下無(wú)需檢測(cè)或可采取其他風(fēng)險(xiǎn)降低措施的鉆具。因此，RBI能夠在降低風(fēng)險(xiǎn)和改進(jìn)鉆井安全水平的同時(shí)，更為合理地利用檢測(cè)資源和鉆具資源，降低成本。鉆具風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)的主要步驟為：

1) 根據(jù)鉆具使用記錄和井況，分析鉆柱失效風(fēng)險(xiǎn)，確定在役鉆具的失效風(fēng)險(xiǎn)值；

2) 依據(jù)鉆具的可能失效類(lèi)型及風(fēng)險(xiǎn)分布，制定個(gè)性化的鉆具檢測(cè)計(jì)劃；

3) 依據(jù)檢測(cè)計(jì)劃對(duì)鉆具進(jìn)行檢測(cè)，評(píng)判每一鉆具的技術(shù)狀態(tài)并進(jìn)行分級(jí)；

4) 按鉆具分級(jí)結(jié)果分別保存鉆具，或進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)后的鉆具需要重新檢驗(yàn)并進(jìn)行分級(jí)；

5) 依據(jù)井況分析鉆具使用的安全性，結(jié)合具體井的鉆柱失效風(fēng)險(xiǎn)和鉆具等級(jí)，優(yōu)化鉆具組合，實(shí)現(xiàn)鉆具的視情合理使用。

3.2 鉆具檢測(cè)重點(diǎn)

鉆具風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)的重點(diǎn)監(jiān)控對(duì)象是作業(yè)周期長(zhǎng)、存在高研磨性巖層、可鉆性差等復(fù)雜油氣井中的鉆具，對(duì)用于直井鉆井的鉆具，需要重點(diǎn)檢測(cè)的是其螺紋連接部位和加厚過(guò)渡帶。對(duì)用于深井超深井鉆井的鉆具，絕大多數(shù)鉆具失效出現(xiàn)在應(yīng)力集中突出的鉆具連接螺紋部位和加厚過(guò)渡帶,其中突發(fā)的疲勞斷裂后果最為嚴(yán)重。鉆具的疲勞損傷與應(yīng)力集中現(xiàn)象關(guān)系十分密切,鉆具應(yīng)力集中部位在反復(fù)的交變應(yīng)力作用下,其應(yīng)力集中程度會(huì)進(jìn)一步加劇并逐步誘發(fā)疲勞微裂紋,裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展最終導(dǎo)致鉆具斷裂。因此，采用對(duì)應(yīng)力集中和早期疲勞裂紋敏感的檢測(cè)方法，盡早發(fā)現(xiàn)鉆具應(yīng)力集中突出部位的異常變化，防止發(fā)生疲勞破壞，是降低鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵。圖3為采用磁記憶檢測(cè)方法對(duì)在役鉆具內(nèi)外螺紋的檢測(cè)結(jié)果與其應(yīng)力分布的對(duì)比圖。由圖3可知，磁記憶檢測(cè)所反映的應(yīng)力集中突出部位與理論分析結(jié)果有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而該部位也正是鉆具螺紋發(fā)生疲勞斷裂最頻繁的位置。可見(jiàn)，磁記憶檢測(cè)方法能準(zhǔn)確反映螺紋部位的應(yīng)力集中分布狀況,解決常規(guī)檢測(cè)手段無(wú)法早期發(fā)現(xiàn)疲勞損傷的難題。

3.3 鉆具技術(shù)狀態(tài)及適用性的評(píng)判

依據(jù)檢測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)在役鉆具的技術(shù)狀態(tài)及其適用性是鉆具完整性管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具體評(píng)判時(shí)考慮的主要因素包括：

1) 檢測(cè)單根鉆具的主要損傷缺陷類(lèi)型、損傷程度及損傷位置；

2) 鉆具的使用與維護(hù)歷史；

3) 作業(yè)區(qū)塊的總體井況或具體油氣井的工況條件；

4) 結(jié)合具體工況對(duì)有缺陷的被測(cè)鉆具進(jìn)行剩余工作能力的評(píng)價(jià)；

5) 可接受的安全裕度，即考慮實(shí)際井下工況存在的不確定性、鉆具材質(zhì)不均、實(shí)際檢測(cè)結(jié)果存在的誤差及檢測(cè)方法自身局限性等因素應(yīng)選取的安全系數(shù)。

值得指出的是，現(xiàn)行鉆具管理中主要依據(jù)鉆具的壁厚減薄量或缺陷深度、尺寸變化和變形情況評(píng)判鉆具技術(shù)狀態(tài)的做法顯然存在較大的局限性，如同樣深度的腐蝕坑點(diǎn)與裂紋的應(yīng)力集中程度存在明顯差異，各自代表的危險(xiǎn)程度事實(shí)上是不同的；即便檢測(cè)并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)顯著宏觀缺陷的鉆具，但其敏感部位應(yīng)力集中程度相比其原始狀態(tài)、新鉆具或其附近區(qū)域若呈現(xiàn)顯著增高的狀況，也不能直接入井使用。因此，開(kāi)發(fā)以應(yīng)力集中狀況為主要依據(jù)的技術(shù)狀態(tài)評(píng)判體系，是鉆具完整性管理的重要發(fā)展方向。

4 鉆具的視情狀態(tài)維修與使用管理

現(xiàn)行生產(chǎn)中，對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)油氣井使用過(guò)的鉆具統(tǒng)一采取切修扣的處理方式，存在著過(guò)度維修問(wèn)題。為此，筆者引入磁記憶檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)鉆具視情狀態(tài)維修(維修流程如圖4所示)：采用磁記憶檢測(cè)工具掃描分析在役鉆具螺紋部位的應(yīng)力集中狀況，評(píng)定其技術(shù)狀態(tài)；評(píng)定結(jié)果為正常狀態(tài)的鉆具，無(wú)需修扣可直接回用；評(píng)定結(jié)果為異常狀態(tài)的鉆具，則依據(jù)發(fā)生應(yīng)力集中異常的具體位置確定切修扣長(zhǎng)度，修扣后再采用磁記憶方法進(jìn)行復(fù)檢，以確定修扣后應(yīng)力集中狀況的改善效果；改善效果好的鉆具則投入回用，效果不理想的鉆具則需限制其使用范圍或進(jìn)行再次修扣。

塔里木山前構(gòu)造帶鉆井使用的一批典型規(guī)格鉆具修扣前后平均應(yīng)力集中程度的總體變化情況如圖5所示，采用磁記憶信號(hào)的梯度峰峰值表征應(yīng)力集中狀況。圖6對(duì)比分析了某根鉆具內(nèi)螺紋修扣前后的磁記憶信號(hào)檢測(cè)參數(shù)的變化。由圖5、圖6可以看出，切修扣處理可顯著降低鉆具的應(yīng)力集中程度，可將原來(lái)因經(jīng)受高應(yīng)力作用而出現(xiàn)的應(yīng)力集中突出部位趕到載荷工況較輕的位置上。通過(guò)磁記憶檢測(cè)，人們能夠準(zhǔn)確掌握鉆具螺紋的實(shí)際應(yīng)力集中狀況，一方面可以避免對(duì)一大批狀態(tài)正常的鉆具進(jìn)行不必要的切修扣處理，延長(zhǎng)鉆具的使用壽命，節(jié)約維修成本；另一方面，掌握修扣后鉆具螺紋的應(yīng)力集中狀態(tài)，可為現(xiàn)場(chǎng)鉆具的合理應(yīng)用提供依據(jù)。

5 結(jié) 論

1) 基于風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)的鉆具完整性管理的核心是，借助風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法確定生產(chǎn)中鉆具的失效風(fēng)險(xiǎn)排序、依據(jù)失效風(fēng)險(xiǎn)對(duì)鉆具實(shí)施主動(dòng)檢測(cè)、維護(hù)和視情使用，確保入井鉆具的失效風(fēng)險(xiǎn)處于可接受水平。

2) 鉆具失效定性評(píng)價(jià)需解決的核心問(wèn)題是，如何通過(guò)細(xì)化失效可能性與失效后果分析所考慮的主要因素來(lái)細(xì)化評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)的定量評(píng)價(jià)可以得到鉆具的失效風(fēng)險(xiǎn)分布，從而確定各鉆具的風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)策略。

3) 開(kāi)發(fā)以應(yīng)力集中狀況為主要依據(jù)的技術(shù)狀態(tài)評(píng)判體系，是鉆具完整性管理的重要發(fā)展方向。

4) 磁記憶檢測(cè)技術(shù)對(duì)于準(zhǔn)確掌握鉆具的技術(shù)狀態(tài)(含應(yīng)力集中狀況)，實(shí)現(xiàn)鉆具的主動(dòng)視情狀態(tài)維修、管理和使用，有效防止“帶傷”鉆具入井引發(fā)井下故障，降低維修成本和保障鉆具資源的合理利用具有十分重要的意義。

References

[1] 呂拴錄，王震，康延軍，等.MJ1井鉆具斷裂原因分析[J].鉆采工藝，2009，32(2)：79-80. Lv Shuanlu，Wang Zhen，Kang Yanjun，et al.Cause analysis of drilling tool fracture in MJ 1 Well[J].Drilling & Production Technology，2009，32(2)：79-80.

[2] 聶采軍，呂拴錄，袁鵬斌，等.S135鉆桿管體斷裂原因分析[J].腐蝕與防護(hù)，2010，31(9)：820-822. Nie Caijun，Lv Shuanlu，Yuan Pengbin，et al.Analysis of fracture cause of S135 drill pipe[J].Corrosion & Protection, 2010,31(9):820-822.

[3] 徐進(jìn)，蔣祖軍，練章華，等.氣體鉆井鉆柱失效統(tǒng)計(jì)及其失效原因分析[J].鉆采工藝，2010，33(4)：13-14. Xu Jin，Jiang Zujun，Lian Zhanghua，et al.Statistics and causes analysis of drill string failure in gas drilling[J].Drilliing & Production Technology，2010，33(4)：13-14.

[4] 薛衛(wèi)東，楊麗景，衛(wèi)英慧，等.石油鉆鋌開(kāi)裂失效分析[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2009(4):138-140. Xue Weidong，Yang Lijing，Wei Yinghui，et al.Failure analysis of a fractured drill collar[J].Mechanical Engineering & Automation，2009(4)：138-140.

[5] 陳學(xué)東，王冰，楊鐵成，等.基于風(fēng)險(xiǎn)的檢測(cè)(RBI)在中國(guó)石化企業(yè)的實(shí)踐及若干問(wèn)題討論[J].壓力容器，2004，21(8)：39-45. Chen Xuedong，Wang Bing， Yang Tiecheng，et al.Practice of RBI in Chinese petrochemical enterprises and discussion about its several questions[J].China Pressure Vessel Technology，2004，21(8)：39-45.

[6] 陳慶娟，王三明.RBI技術(shù)在我國(guó)企業(yè)的應(yīng)用研究與改進(jìn)思考[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2012，8(6):191-195. Chen Qingjuan，Wang Sanming.Research and improvement on the application of RBI technology in Chinese enterprise[J].Journal of Safety Science and Technology，2012，8(6)：191-195.

[7] API 581 Risk-based inspection base resource document[S].

[8] API 580 Risk-based Inspection[S].

[9] 聶炳林.基于RBI技術(shù)的海洋平臺(tái)設(shè)備完整性分析[J].安全、健康和環(huán)境，2015，15(2)：7-10. Nie Binglin.RBI technology-based completeness analysis of marine platform equipment[J].Safety Health & Environment，2015，15(2)：7-10.

[10] 張欣，余建星，梁靜，等.基于風(fēng)險(xiǎn)的檢測(cè)(RBI)在海底管道定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2015，44(1)：9-12. Zhang Xin，Yu Jianxing，Liang Jing，et al.Application of risk based inspection (RBI) in the quantitative risk assessment of subsea pipeline[J].Oil Field Equipment，2015，44(1)：9-12.

[11] 胡華勝，王磊，傅如聞.基于RBI技術(shù)的化工裝置壓力管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與在線(xiàn)檢驗(yàn)策略研究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2014，10(6)：171-175. Hu Huasheng，Wang Lei，F(xiàn)u Ruwen.Research on risk assessment and on-stream inspection strategy of pressure pipelines in chemical plant based on RBI technology[J].Journal of Safety Science and Technology，2014，10(6):171-175.

[編輯 陳會(huì)年]

The Drilling Tool Integrity Management on the Basis of Risk-Based Inspection

Zhang Laibin1， Fan Jianchun1， Zu Qiang2

(1.ChinaUniversityofPetroleum(Beijing)，Beijing，102249,China；2.PetroChinaTarimOilfieldBranch,Korla，Xinjiang，841000,China)

The establishment of a scientific and reasonable management system for the in-service drilling tool detection，assessment，maintenance and utilizations is very important to prevent downhole troubles caused by drilling tool failure. A drilling tool integrity management method on the basis of risk-based inspection (RBI) is proposed, and the management process and its content are described. The main factors which should be taken into account in the risk assessment of drilling tool failure are analyzed qualitatively and quantitatively. The strategy of risk-based inspection and primary basis for evaluating the technical condition of drilling tools as well as its applicability have been investigated. The ways to achieve drilling tool maintenance and management based on its condition were illustrated through the application examples of magnetic memory inspection. Practice shows that the drilling tools integrity management through RBI method can play an important role in monitoring the technical condition of drilling tools, preventing damaged tools from running in hole and resulting in downhole troubles, keeping the reasonable utilization of tool resources.

drilling tool failure；risk-based inspection；magnetic memory inspection；integrity management

2015-05-19。

張來(lái)斌(1961—)，男，安徽銅陵人，1982年畢業(yè)于華東石油學(xué)院機(jī)械系，1991年獲石油大學(xué)(北京)機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)博士學(xué)位，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)橛蜌饩暾浴踩珯z測(cè)與智能診斷。系本刊編委會(huì)副主任。

國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局科技攻關(guān)項(xiàng)目“高含硫氣田勘探開(kāi)發(fā)安全關(guān)鍵技術(shù)研究”及塔里木油田科研項(xiàng)目“鉆柱疲勞損傷一體化監(jiān)控技術(shù)推廣應(yīng)用”(編號(hào)：201013100220)聯(lián)合資助。

?專(zhuān)家視點(diǎn)?

10.11911/syztjs.201503001

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A

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