張國棟，張?zhí)烀?，張?/p>

（中國石油集團渤海鉆探工程有限公司管具與井控技術服務分公司，天津 300270）

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，國家工業(yè)化形勢明顯，人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中所需能源量也不斷增加，這就對我國能源開采以及資源開發(fā)工作提出了更高的要求。鉆井等井下技術的發(fā)展能夠提升油田開發(fā)的科學性，提高資源利用率的同時保護周圍自然環(huán)境。井下鉆具長期處于復雜的地質(zhì)工作環(huán)境以及受力狀態(tài)中，需承載彎曲、拉伸、壓縮等多種負荷，如果技術人員在進行井下鉆具配置工作的時候對于鉆具受力狀態(tài)以及工作狀態(tài)的了解不足就會導致鉆具長期處于旋轉摩擦的狀態(tài)，增加鉆具失效的概率，進而引發(fā)安全事故。對此，技術人員應關注鉆具配置的技術要點，強化油田井下鉆探安全管理，主動識別井下鉆探工作的危險因素，提前采取合適的手段規(guī)避危險問題，在提高資源利用率的同時保障鉆探工作的安全性。

1 油田井下鉆具配置的注意事項

1.1 鉆具配置失效類型

通過對油田井下鉆具配置工作情況的統(tǒng)計與分析可以將其失效情況分為以下幾個類型。

第一種是鉆具脆斷導致的配置失效。而鉆具脆斷又能夠被分為低應力脆斷、過載脆斷以及疲勞脆斷三種。其中的低應力脆斷指的是鉆具在工作期間需要較長的時削，在這個過程中鉆具將會反復承受荷載力，一旦其中部分鉆具的材質(zhì)或者制造工藝未達到要求，那么就一定會導致脆斷問題。過載脆斷則指的是技術人員在鉆探的過程中使用了強拉的模式，導致鉆桿承受作用力過大，甚至出現(xiàn)超過自己承載范圍的情況，這樣也比較容易導致斷裂現(xiàn)象。疲勞脆斷指的是鉆具螺紋出現(xiàn)斷裂，再加上應力影響導致螺紋個別載面承受應力過大，這樣就會導致脆斷問題的出現(xiàn)。

第二種類型則為表面磨損問題，該問題一般因鉆具螺紋表面腐蝕而起，由于螺紋需要進行旋合與上扣，因此在碰撞過程中就容易出現(xiàn)磨損問題。另外，鉆井施工過程中鉆桿與井的內(nèi)壁也會出現(xiàn)摩擦碰撞的情況，進而增加鉆具表面的磨損程度。最后一種就是表面機械損傷情況，一般因鉆具施工過程中被其他機械碰撞或者咬傷而起，比如鉆具焊接施工過程中就有可能因操作失誤導致鉆具出現(xiàn)損傷問題。

1.2 鉆具失效的原因

以上介紹了鉆具配置失效的現(xiàn)實類型，本段則接著分析導致井下鉆具配置失效問題的原因。最主要就是鉆具淺層全角變化率問題，由于鉆具在操作施工過程中會出現(xiàn)復雜的應力作用，比如鉆柱的主要受力，離心力、彎曲力、擠壓力等，一旦鉆具淺層全角變化率發(fā)生改變，以上復雜應力的結果也會發(fā)生巨大的變化，對鉆具狀態(tài)造成影響。根據(jù)鉆井工作手冊要求，鉆具螺紋上扣扭矩的上緊程度應高于限定值的90%，以免操作中出現(xiàn)連接過松的情況，導致鉆具紋面出現(xiàn)嚴重磨損。再加上荷載問題，還容易導致鉆具螺紋脹大。除此之外，鉆具本體應力積累也會影響鉆具工作狀態(tài)，由于油田鉆井持續(xù)工作時間比較久，因此鉆柱將會受到循環(huán)應力影響，長期積累之后就會導致永久性的損傷，鉆柱應力集中的部位則會出現(xiàn)疲勞性損傷，進而出現(xiàn)裂紋情況。

2 鉆具配置的要點

2.1 嚴格遵循使用規(guī)范

要想保障油田井下鉆具的合理配置與有效施工，技術人員應嚴格遵循相關配置與施工規(guī)范，避免違規(guī)操作，重視鉆具配置的要點。比如，技術人員需在雙鉗和人鉗咬合的位置使用單吊鉗進行卸扣和緊扣處理，這樣才能夠保障鉆具的工作狀態(tài)，以免出現(xiàn)鉆桿打滑的問題，維持其表面的光滑度。其次，技術人員在開展鉆探施工之前應開展實地勘察工作，對整個工程進行全面的規(guī)劃與細節(jié)性的描繪，保障鉆具使用的有效性與完整性。此外，由于鉆具持續(xù)使用之后會出現(xiàn)磨損問題，因此技術人員需采取錯位起鉆的工作模式，盡量保障螺紋的完整性。針對鉆具的日常維護與檢修工作，技術人員應形成合理的檢修計劃，加強日常維護，延長鉆具使用的壽命，并使用淡水對其進行清潔處理。每次施工結束之后，技術人員需對鉆具性能與結構進行檢查，并根據(jù)其工作情況調(diào)整檢修計劃，詳細記錄鉆具各項數(shù)據(jù)資料，為之后的檢修工作提供數(shù)據(jù)參考。

2.2 優(yōu)化鉆井運行軌跡

隨著信息技術的不斷發(fā)展，技術人員也逐漸將信息技術、自動化技術以及智能化技術融入油田井下鉆探工作中來，在正式實施鉆井操作之前，技術人員可以利用數(shù)字化技術構建完整的運行軌跡模型，并將鉆井所需的各種參數(shù)與要求輸入計算機模型中，了解鉆具工作狀態(tài)下的受力情況，通過模型的模擬分析明確鉆具的行進軌跡以及側向力集中位置。技術人員可以根據(jù)模擬受力的結果調(diào)整鉆具全角變化率，采取鏈式設計的方法提高鉆具工作受力的均勻性，以免出現(xiàn)失效問題。該操作能夠保障鉆具運行工作的流暢性，同時還能夠預防側向摩擦失效問題，進一步提升鉆井施工的安全性與可靠性。

（1）實時監(jiān)控鉆井參數(shù)。技術人員不僅需要關注鉆具在井下的工作狀態(tài)，同時還應該采取實時監(jiān)控技術對井下井上全工作過程進行把控。當鉆具鉆速達到臨界值時就會出現(xiàn)鉆桿共振的問題，導致鉆桿應力值大幅度增加，遠遠超過限定值范圍，這樣就會引發(fā)嚴重的磨損與疲勞現(xiàn)象。

對此，技術人員在施工操作時需要建立預警機制，一旦鉆速接近臨界值且鉆柱振動頻率出現(xiàn)幾何倍數(shù)增長的時候就自動調(diào)整鉆具的鉆壓與鉆速，將整個鉆具的工作狀態(tài)穩(wěn)定下來，避免過度磨損。針對鉆具蹩轉問題，技術人員可以使用循環(huán)鉆井液進行處理，通過上下活動將鉆具底部的鉆屑進行清理，保持鉆具正常的工作狀態(tài)。另外，當泥漿體系的凈化能力較強且密度較低時，選舉的鉆速能夠得到一定程度的提升，進而提高整個鉆井操作的效率。當泥漿礦化硬度的pH值處于8.5左右時，環(huán)境對鉆具的腐蝕性將有所改善。因此技術人員還可以從泥漿體系入手，進行全面把控與調(diào)整，降低泥漿的固相含量，改善鉆具工作狀態(tài)。

（2）合理適配鉆鋌鉆桿。對于鉆具的鉆鋌，技術人員應使用液壓大鉗進行上扣處理，以免在使用中出現(xiàn)漲扣或者螺紋破損等問題。其次，技術人員還應根據(jù)工程要求優(yōu)化鉆具的螺紋結構模式，充分應用LET螺紋技術提升鉆具接頭的品質(zhì)，增加鉆具的承載能力，減少扭矩，增長鉆具使用壽命。技術人員還可以在允許的范圍內(nèi)增加鉆鋌的尺寸，這樣就能夠強化內(nèi)外部螺紋彎曲幅度的強度比值，進而改善鉆具探傷的性能，提高操作施工的效果。此外，技術人員還可以將螺紋封脂將螺紋涂在臺肩面上，在鉆柱的頂部加設懸浮器和減震器，這樣就能夠防止鉆柱出現(xiàn)縱向振動，固定鉆具的位置，保障施工的效果。針對鉆具鉆桿，技術人員應采取分級處理的方法，針對已經(jīng)出現(xiàn)明顯破損的鉆桿進行及時更換，在其噴頭位置噴焊耐磨的材料，重點保護結構外徑，這樣就能夠降低工作過程中泥漿對鉆具的腐蝕，提高鉆具耐用性以及鉆探工作效率。

4 油田井下鉆探的危險因素與安全管理要點

4.1 危險因素

（1）環(huán)境因素。油田井下鉆探工作的水文地質(zhì)環(huán)境比較復雜，這也是導致鉆探工作出現(xiàn)危險的關鍵因素，也是技術人員應重點注意的問題。當鉆具開展井下鉆探工作的時候，其高速旋轉的鉆桿會對地應力產(chǎn)生擾動，進而破壞其原本的動態(tài)平衡狀態(tài)。而油田井下的地質(zhì)環(huán)境原本就比較復雜，因此在應力作用下可能會出現(xiàn)區(qū)域應力集中的現(xiàn)象，一旦積聚的應力超過該區(qū)域的最大承載力時就會出現(xiàn)能量驟然釋放的情況，進而出現(xiàn)沖擊地質(zhì)性災害，對井下工作人員造成極為嚴重的影響，甚至危及生命財產(chǎn)安全。（2）管理因素。經(jīng)過調(diào)查可知，油田井下鉆探施工的一線工人大多不具備相關專業(yè)資質(zhì)，其中很多都是經(jīng)過短暫培訓之后就持證上崗了，這樣的工人對于實際施工環(huán)境、危險因素的認知非常有限，因此并不具備安全管理與技術調(diào)整的能力。再加上現(xiàn)場安全管理的缺失，很多項目在施工過程中采取“一桿打到底”的方法，針對實際鉆探工作中出現(xiàn)的問題并不能夠及時反饋和處理，缺乏應對突發(fā)事件的能力，導致整個項目的危險系數(shù)增加，為事故發(fā)生埋下隱患。除此之外，施工現(xiàn)場的技術人員很多并未具備豐富的操作經(jīng)驗，對于相關地質(zhì)情況的調(diào)查和了解不足，常常存在使用書本知識應對實際問題的情況，這也是不可取的。（3）設備因素。鉆具是鉆探作業(yè)的主體，鉆探工作對于鉆具結構、性能、質(zhì)量等各個方面的要求都非常高，如果鉆具設備自身無法滿足油田井下施工的條件，那么就很難保障工程的效果與安全。傳統(tǒng)的鉆機轉速調(diào)節(jié)范圍比較小，主軸的通孔直徑比較小，整體工作強度比較低，很難滿足當前對于深井鉆探的工作要求。尤其是在超負荷運轉狀態(tài)中，鉆具斷裂與失效問題異常嚴重，需要引起人們的重視。處理鉆具自身性能與品質(zhì)之外，技術人員的操作與維護行為也會影響鉆探工作的效果，比如全程使用干清水進行沖洗，無計劃停水導致雜質(zhì)無法及時排出，都會影響鉆具的受力與工作情況。

4.2 安全管理要點

（1）優(yōu)化鉆探工藝。經(jīng)過上文分析可知，傳統(tǒng)鉆具自身的強度較低，轉速適應能力比較差，因此很難滿足當下的深井鉆探要求，此時就可以引進先進的鉆探設備與鉆探工藝，促進井下鉆探技術的發(fā)展。比如金剛石無芯快速鉆進技術就是一種先進的鉆探技術，能夠完成安全有效的鉆井工作。

（2）加強設備維護。技術人員在工程施工之前應仔細檢查鉆具螺栓、螺母以及繩索的穩(wěn)固性，保障鉆具各個傳動連接部位的防護裝置都具有良好的密閉性，同時還需要測試鉆具升降狀態(tài)，保障鉆具的良好運行狀態(tài)。根據(jù)工程施工的要求，技術人員還可以進行試運轉測試，在測試階段發(fā)現(xiàn)鉆具運行過程中的潛在安全隱患并提前進行調(diào)整與消除。技術人員在鉆探工作過程中還需要觀察鉆桿的振動情況，合理判斷鉆具工作狀態(tài)，同時根據(jù)實際施工需求及時調(diào)整沖洗液的種類與用量，避免單一沖洗液的長期使用。此外，技術人員還需要制定鉆具設備維護計劃，定期測試鉆具各結構的磨損情況，對其表面出現(xiàn)的裂紋進行強度測試，及時采取相應的處理措施，提升鉆具的抗拉強度，滿足施工需求。

（3）強化安全管理。現(xiàn)場施工與安全管理是保障油田井下鉆探工作的基礎，因此管理人員應完善現(xiàn)場安全管理制度，建立健全安全交底、安全事故責任追究以及目標考核等制度，進一步規(guī)范現(xiàn)場施工流程，以免出現(xiàn)違規(guī)操作現(xiàn)象，保障鉆探工作的正常開展。管理人員應進一步明確各職位員工的權責，對工作人員進行教育。只有強化對人員的管理，才能夠提升其職業(yè)責任，實現(xiàn)各崗位之間的默契配合，保障最終鉆探工作的效果。最后，鉆探施工單位還應加強一線操作人員的專業(yè)培訓，提升其綜合素養(yǎng)與安全意識，在鉆探施工過程中能夠保持耐心認真的態(tài)度，通過觀察初步判斷作業(yè)運行情況，提升人員應對無法事件的能力，保障鉆探工作的安全開展。

（4）實現(xiàn)信息化管理。信息技術的應用能夠打破時間與空間上的限制，為管理溝通打造互動平臺，提高信息傳遞的便捷度，實現(xiàn)無紙化辦公。數(shù)據(jù)共享平臺能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸，進而幫助施工人員了解不同區(qū)域井下工具的分布以及實際使用情況，實現(xiàn)動態(tài)管理與協(xié)作發(fā)展，促進資源的合理配置。

5 結語

綜上所述，油田鉆井工作的安全性與效率都將受到鉆具配置的影響，技術人員應充分了解鉆具本身的機構、受力情況以及套管摩擦等問題，根據(jù)工程的實際鉆探需求把握各個技術環(huán)節(jié)，進一步明確鉆具薄弱的環(huán)節(jié)，提前采取預防管理措施，進一步提升鉆具的運行效率，保障鉆井工作的安全性。