劉軍 薛強
摘 要:自順北油氣田勘探開發(fā)以來,井身結構持續(xù)優(yōu)化,為了保障后續(xù)施工,井身結構和套管程序優(yōu)化,上部大尺寸井眼(250.88mm以上井眼)所鉆深度達7616m,相比之前新老四級結構明顯加大,隨著大尺寸井眼的深度增加,鉆具事故頻繁發(fā)生,嚴重影響鉆井速度。鉆具故障主要原因為鉆具長時間在薄弱點承受交變應力而造成的疲勞損壞,控制鉆具的使用時間及改變鉆具結構是目前的主要預防手段。
關鍵詞:井身結構;大尺寸井眼;鉆具故障;預防手段
1 鉆具故障整體情況
2018年6月至近,順北工區(qū)共發(fā)生各類典型鉆具故障13起,統(tǒng)計如下表1,從鉆具類型看,各種類型鉆具故障分布較為分散。
按照發(fā)生原因特征對鉆具故障分三類,分析如下表:
鉆具剛性大,扶正器母扣位置交變應力集中;444.5mm扶正器距母扣斷面90mm斷裂。
質量因素 轉換接頭、浮閥,頂驅接頭均為新工具,使用時間較短,鉆井參數較平穩(wěn),未見異常,分析為質量原因,有些接頭屬特殊定制,在工區(qū)使用較少,旁通閥連接部位外殼較薄,可能存在質量問題。
側鉆點位置鉆具 3口井2次斷裂點均處于側鉆點位置3751m附近,2次均為斷裂前鉆進期間鉆時較高,鉆桿長時間在側鉆點位置(3751m)受交變應力作用,造成鉆具疲勞損傷發(fā)生鉆具刺漏斷裂。異常處置不當。
2 鉆具故障典型原因分析
2.1 大尺寸鉆具斷裂
以順北某井斷扶正器事故為例:
發(fā)生經過:鉆進至井深3057.91m,泵沖由195↑203spm,立壓由19.5↓17.5MPa扭矩由11↓4kNm,懸重由1530kN↓1460kN,起鉆發(fā)現(xiàn)Φ444.5mm扶正器距母扣斷面90mm斷裂,如圖1所示。
原因分析如下:
①扶正器本體與井壁接觸產生反扭矩正好附加在扶正器上部內螺紋處。且上部內螺紋位置也是受井下復合力形成應力集中疲勞的薄弱部位;
②該井前期鉆進過程鉆壓波動較大,加速扶正器內螺紋疲勞失效。綜合分析大尺寸井眼較深,鉆具剛性強,參數高,鉆進中在內螺紋薄弱位置形成應力集中而導致疲勞失效斷裂。
2.2 側鉆點鉆具斷裂故障(異常處置不當)
順北某井5寸鉆桿本體斷裂,均處在側鉆點附近;與2018年順北1-12井兩期鉆桿本體斷裂故障及順北53X井故障情況相似。順北5-7井側鉆點位置3751m,順北1-12井側鉆點位置1100m,順北53X井側鉆點位置3043.59m。
發(fā)生經過:鉆進至井深6347.63m(層位:S1k)時,儀器監(jiān)測到立壓開始緩慢減小,井隊上提鉆具至井深6346.05m時,懸重由2007.45kN↑2120.36↓1334.18kN,立壓由13.26↓8.75MPa,后上提鉆具懸重1330kN左右不變,判斷為鉆具斷裂。
原因分析如下:
①鉆具斷點井深為3748.87m,斷點位于鉆桿加厚焊接薄弱部位,在二開回填側鉆點(3751m)附近,鉆具長期受交變應力作用,產生疲勞損壞;
②井隊未及時發(fā)現(xiàn)鉆進參數異常,加速了鉆具應力集中處的斷裂。
2.3 質量因素導致斷裂
①順北鷹1井轉換接頭、順北5-12H井浮閥,順北5-15井頂驅接頭均為新工具,使用時間較短,鉆井參數較平穩(wěn),未見異常,分析為質量原因;
②順北1-18H井螺桿尺寸為非標準尺寸,屬特殊定制,在工區(qū)使用較少,旁通閥連接部位外殼較薄,屬于本體強度問題。
2.4 人為操作
①鉆進過程中存在送鉆不均勻現(xiàn)象,扭矩波動幅度大;
②上扣扭矩不當問題,螺紋粘扣、臺階面損傷;
③鉆井參數異常后,未能正確判斷異常隱患,仍繼續(xù)鉆進。
3 鉆具故障預防建議
①加強鉆具管理,新到井鉆具必須有探傷檢測報告,嚴格按照鉆具管理探傷周期及修扣周期進行使用,嚴禁超期鉆具在現(xiàn)場繼續(xù)使用;
②在現(xiàn)場使用過程中,需進行依次檢查,組合鉆具發(fā)現(xiàn)鉆具彎曲、本體損傷、臺肩面損壞、通徑通不過等情況,不得入井;
③在危險井段鉆進過程中,一定要記錄好鉆進期間的鉆井參數,在關鍵時期,加密鉆井參數觀察密度,做好對比分析,如有異常及時對比分析;
④深井鉆具負荷較重,鉆具疲勞損傷嚴重,易發(fā)生故障。上部井眼井身質量不理想,井斜變化大(故障側鉆),造斜段鉆具受交變應力影響發(fā)生應力疲勞破壞。應盡量避免高位側鉆;
⑤規(guī)范特殊工具管理:一是嚴格控制頂驅專用接頭使用時間,每只接頭使用時間不超過180±25h;二是17 1/2″及以上大尺寸扶正器兩端內外螺紋修扣宜加工應力槽,每趟鉆對扶正器進行更換釋放應力且每只扶正器使用時間不超過100±25h;三是規(guī)范貴州高峰和勝利管具對震擊器的檢維修管理,將震擊器納入鉆具管理范疇。
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作者簡介:
劉軍,漢族,籍貫:山東省平度市,學歷:大專,職稱:工程師,方向:石油鉆井工程。