石油钻井用钻具培训讲义课件.pptx
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1、一、钻具的种类二、钻具的管理三、钻具的使用四、钻具的失效形式五、事故案例钻具分为方钻杆、加重钻杆、钻铤、钻杆四类方钻杆加重钻杆钻杆钻铤方钻杆:有四方钻杆、六方钻杆两种。常用的是四方钻杆。四方钻杆:管体横截面内为圆形、外为正方形的方钻杆,代号为FZ;六方钻杆:管体横截面内为圆形、外为正六边形的方钻杆,代号为LFZ。方钻杆总长标准长度:12.20米。方钻杆驱动部分标准长度为11.28米。常用方钻杆公称尺寸有:51/4(133.4mm)、41/4(108mm)、31/2(88.9mm)、3(76.2mm)、21/2(63.5mm)。方钻杆的公称尺寸是指方钻杆驱动部位的对边宽度。方钻杆尺寸内螺纹扣型外
2、螺纹扣型内径mm51/465/8GEG 左51/2FH82.641/465/8GEG 左NC4671.431/265/8GEG 左NC3857.2365/8GEG 左NC3144.521/265/8GEG 左NC2631.8备注:其余扣型全是非标或选用。方钻杆两端接头是利用摩擦对焊技术与方钻杆驱动部分焊接在一起。方钻杆上部加厚端长度为406mm,下部加厚端长度为508mm。六方钻杆的外螺纹扣型为同尺寸四方钻杆低一尺寸级别的扣型。方钻杆的表面质量:管体表面不得有裂纹、折叠、凹坑和结疤等缺陷,内表面不得有台肩和螺旋沟槽。若有缺陷应修磨消除,修磨处与方钻杆表面呈圆弧过渡,修磨后剩余壁厚不得小于规定壁
3、厚的92%,方钻杆表面不允许补焊(钳牙、刻度)。直线度:11.28m*0.52=5.86mm。新方钻杆喷码识别:AB公司 ISO10424-1 65/8REG LH NC(51/2FH)加重钻杆按制造方式分为整体加重钻杆和对焊加重钻杆两种。整体加重钻杆标识:ZH加重钻杆有I型加重钻杆和II型加重钻杆,是按加重钻杆的长度划分的,I型加重钻杆标准长度为9.3米,II型加重钻杆标准长度为13.5米。加重钻杆的公称尺寸是加重钻杆管体的外径尺寸。加重钻杆中部加厚部分的外径为加重钻杆公称尺寸+1/2(12.7mm)常用加重钻杆尺寸及技术参数尺寸型号管体壁厚mm接头外径mm内径mm单根重量KG51/2JZ5
4、5-51/2FH-I23.8177.892.17305JZ50-NC50-I25.4168.376.270041/2JZ45-NC46-I21.5158.871.458531/2JZ35-NC38-I18.2120.752.437027/8JZ29-NC31-I11.1104.850.8220加重钻杆直线度的测量:从加重钻杆两端沿表面所拉直线与加重钻杆中间表面的最大偏离量。I型加重钻杆直线度不得超过:0.055%L+(两端接头外径-中间接头外径)/2方钻杆表面质量:管体表面不得有裂纹、折叠和结疤等缺陷,内外螺纹密封面不允许有毛刺、裂纹、凹痕和龟裂等缺陷。钻铤根据材料分为普通钻铤和无磁钻铤。普通
5、钻铤分为:A型钻铤和B型钻铤。A型钻铤:由中碳合金钢制成,管体横截面内外都为圆形的钻铤,代号为ZT;B型钻铤:由中碳合金钢制成,管体外表面具有螺旋槽的钻铤,代号为LT。无磁钻铤为C型钻铤:由磁导率很低的合金钢制成,管体横截面内外都为圆形的钻铤,代号为WT。C型钻铤与A型钻铤的区分:地面容易区分,看颜色;区分在井下都磨的较亮的C型钻铤与A型钻铤的最好方法是利用磁铁。钻铤标记:是钻铤代号,如LT是钻铤接头扣型,如NC50是钻铤外径除以2.54mm钻铤的标准长度有9.15m和9.45m两种。常用钻铤尺寸钻铤尺寸扣型内径mm9(228.6mm)731/730(758REG)71.48(203.2mm)
6、631/630(65/8REG)71.47(177.8mm)411/410(NC50)71.461/2(165.1mm)4A11/4A10(NC46)71.461/4(158.8mm)4A11/4A10(NC46)71.443/4(120.7mm)311/310(NC38)50.8钻铤直线度:钻铤全长直线度偏差最大为全长乘以0.52mm/m,两端2m内的直线度最大为2mm。钻铤的表面质量:管体表面不得有裂纹、折叠、凹坑和结疤等缺陷,内表面不得有台肩和螺旋沟槽,钻铤表面不允许补焊。内外螺纹密封面不允许有毛刺、裂纹、凹痕和龟裂等缺陷。钻杆接头是摩擦对焊上去的。钻杆有3种加厚方式:外加厚(EU)、内
7、加厚(IU)、内外加厚(IEU)。钻杆钢级分为四种:E75、X95、G105、S135钻杆接头连接螺纹分为数字型(NC)、内平型(IF)、贯眼型(FH)三种,每种螺纹又可分为右旋和左旋。常用钻杆尺寸钻杆尺寸钢级壁厚mm接头外径mm接头内径mm扣型51/2S1359.17、10.54184.282.651/2FH5S1359.19、12.7168.369.9NC50G1059.19、12.7168.382.5NC5041/2S1358.56158.869.9NC46G1058.56158.876.2NC464S1358.38139.761.9NC38(HT38)G1058.38139.750.8
8、NC38(HT38)31/2S1359.35、11.412754NC38G1059.35、11.412761.9NC38E759.35、11.412768.3NC3827/8S1359.19111.141.3NC31G1059.19104.850.8NC31E759.19104.854NC3123/8G1057.1185.744.5NC26井场钻具验收由钻具使用单位技术人员负责。井场验收内容主要包括到井钻具编号、规格尺寸、钢级、数量、本体(弯曲、挤扁、刺漏)、接头、水眼、螺纹及密封面状况、耐磨带等。根据验收情况,钻具使用单位和钻具服务单位进行现场交接,并签字确认。钻具应摆放在距地面0.3m以上
9、的管架上,管架基础牢固、平整,采取防滑措施。方钻杆、钻铤、螺杆单独摆放,方钻杆应不少于三个支撑点。钻具上不应摆放重物及酸、碱等腐蚀性化学药品;不应在钻具上进行电气焊等作业;不应把钻具作为电焊搭铁线。钻具服务单位应根据钻井工程设计和钻具使用方要求提供钻具。钻具到井后,钻井队技术人员应检查核对钻具规格、数量、钢级、螺纹,记录每根钻具的长度、内外径(特殊工具须绘制草图)、水眼,并按入井顺序编号。钻具不应挪作它用(放喷管线、垫杠等),不应在钻具上焊接标记和物件;不应随意切割、加工和毁损钻具。不合格钻具应明确标识、单独存放并登记。应选用与钻具尺寸相匹配的井口工具。不应在钻杆中使用滤清器。应清洗干净钻具螺
10、纹,配戴护丝;钻具上下钻台轻吊轻放,防止碰坏螺纹及台肩面;在鼠洞接单根应扣吊卡;上扣应保证钻具螺纹清洁,均匀涂敷钻具螺纹脂。钻具新螺纹应磨扣,不应使用液气大钳或旋扣器磨扣。钻铤磨合4次,每次磨合后应清洁螺纹并涂螺纹脂。钻具在上扣之前,其螺纹和台肩面应均匀涂敷螺纹脂;井底温度超过100,应使用抗高温螺纹脂。螺纹脂要符合SY5198钻具螺纹脂的规定。螺纹脂要加盖存放,避免落进泥浆等杂物。不应向螺纹脂内添加稀释剂。钻具对扣操作应平稳,避免碰伤螺纹;紧扣扭矩应符合推荐值。处理卡钻,实施泡酸、套铣等特殊作业,提拉钻具以及对钻具施加扭矩时,不应超过钻具的抗拉强度和抗扭强度。处理情况应在钻具使用记录中注明。
11、钻杆、加重钻杆、钻铤在使用过程中应错扣起钻,并定期倒换;钻具每次倒换数量应不低于全井同规格钻具长度的25%。上、卸扣时应检查钻具,及时更换有缺陷的钻具。钻进过程中发生严重蹩钻,起钻时应对下部钻具组合逐根卸扣,以释放应力。起钻时应对钻具编号,检查钻具管体、螺纹、接头及耐磨带,发现不能满足使用技术要求的立即更换。钻杆盒内不应铺设金属硬物,应平铺厚木板或胶条。因螺纹粘扣需切割处理的,应选择内螺纹接头处作为切割位置。对经历酸化、注水泥或盐水钻井液作业的钻具,在作业结束后,钻具使用单位应及时清洗干净。甩钻具前,应卸成单根。转换接头、稳定器、滚子方补芯、内防喷工具、打捞工具等应从钻具上卸下。甩钻具应配戴护
12、丝,平稳操作,不应碰撞。甩下的钻具应分类摆放,以内螺纹接头端面为基准排齐,不应乱堆乱码。核对钻具数量,记录钻具的使用和损坏信息。跳钻严重的地层,应采取减震措施。钻具的无损检测周期应根据钻具井下工作时间、钻具级别、地质情况、钻井工艺、钻井参数,该区块钻具失效情况综合分析确定。钻具推荐无损检测周期表名称常规井检测周期水平井、大位移斜井、探井等复杂井检测周期钻杆新钻杆2500100h1500100h一级钻杆1500100h900100h二级钻杆900100h600100h三级钻杆600100h400100h钻铤、加重钻杆、转换接头、稳定器及以上井眼60050h50025h以下井眼40050h3002
13、5h方钻杆1000100h800100h经过以下特殊工况或事故处理之后,应对使用的钻具全部进行检测。(1)顿钻;(2)严重蹩钻;(3)高浓度硫化氢、二氧化碳;(4)卡钻等。1 钻具失效形式钻具失效的形式是多种多样的,概括起来主要分如下几种:过量变形是指在过大载荷作用下,钻柱接头的螺纹部分伸长以及钻柱本体的弯曲和扭转超过了极限范围。断裂在钻柱事故中占的比例较大,危害也很严重,主要有以下几种:低应力脆断:它在整个钻柱失效中占相当大的比例;钻杆、钻铤和转换接头处均能发生,如钻杆焊缝的脆性断裂;钻铤和转换接头螺纹部位的脆性断裂等。这种断裂的主要原因是疲劳损伤。其显著特点是:在突然断裂前没有宏观前兆,一
14、般测量手段查不出来,在不知不觉中造成灾难性事故,所以低应力脆断是最危险的断裂方式之一。应力腐蚀断裂:它是钻柱失效的常见形式。如钻柱在含硫油气井中工作时的硫化物应力腐蚀断裂;钻杆接触某些腐蚀介质(如盐酸、氯化物类)时的应力腐蚀断裂等。氢脆断裂:当金属中存在过多氢时,在拉应力作用下可使材料产生氢脆。实际上,由硫化氢和盐酸引起的钻柱应力腐蚀断裂也是由于氢的作用造成的。疲劳断裂:一般发生在钻杆接头、钻铤和转换接头螺纹部位等截面变化区域或因表面损伤而造成的应力集中区处。由于整个钻柱承受复杂的交变应力,有些部位,如螺纹根部、焊缝及划伤等缺陷处会出现应力集中,缺口根部应力可高出平均应力几倍或更高,所以缺陷处
15、很快发生裂纹并扩展,直到断裂。据统计钻柱失效70%是疲劳断裂失效,因此疲劳断裂失效是钻柱的主要失效形式。钻具失效的主要影响因素1、材料本身因素当钻柱材料本身存在缺陷也就是说存在微裂纹,特别是较大的原始缺陷时,交变应力达到疲劳极限后,在交变应力作用下该微裂纹不断地扩展和传播,达到一定程度后,就会发生疲劳破坏。2、地层因素浅井中发生钻具失效很少,深井中钻具失效多一些,主要是浅井岩石硬度小,造成的振动应力小,不超过疲劳极限,故不发生疲劳破坏,随着井深的增加,岩石硬度增大,造成的振动的应力逐渐增大,在一定条件下可能超过疲劳极限,也就存在疲劳破坏的可能,说明地层性质是造成钻具失效的原因之一,地层因素又非
16、常复杂,通过引发钻柱振动,导致钻柱失效。硬地层:牙轮钻头破坏岩石是靠冲击破碎,岩石硬度越大,牙齿吃入越少,则冲击时间越短,冲击载荷越大。钻头工作时产生的冲击载荷有利于岩石破碎,但也会使钻头轴承过早损坏,使牙齿崩碎,而且应力波作用于钻柱上,引发钻柱的纵向振动,钻头的冲击载荷是钻柱纵向振动的激振载荷。砾岩地层:砾岩地层由于中间比周围岩石的硬度大进尺慢,在井底形成突起,使得井底形成高低不平的形状,钻头旋转钻进时,引发并加剧纵向振动,同时使钻头产生较大的弯矩,加剧稳定器刮井壁,钻出的井眼不规则,当稳定器旋转通过时,可能瞬间卡住,造成瞬间高扭矩,并引发扭转振动。3、井眼因素a 井径不规则:由于各种原因造
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