1、钻具现场使用与管理钻具现场使用与管理主要内容主要内容F一、前言一、前言二、钻具基础知识二、钻具基础知识三、大港油田近几年钻具失效情况三、大港油田近几年钻具失效情况四、钻具现场使用四、钻具现场使用五、钻具现场管理五、钻具现场管理前前 言言 在钻井生产中，钻具是连通地面与地下的枢纽，是钻井过程中不可缺少的组成部分。钻具的状态和使用状况将对钻井施工带来直接的影响。由于对钻具认识不够、使用不当，一旦发生钻具刺漏、钻具埋井等事故，不但造成大量的资源浪费，而且会给井队造成无法预知的损失。工程公司每年都需要投入4-5千万左右的巨额资金购置一定数量的钻具，才能满足正常的钻具使用需要。在这种情况下，工程公司还是
2、存在钻具性能普遍较低、数量严重不足、周转紧张、现场技术管理问题等，影响了井队的正常生产。前前 言言 因此，本次讲课的目的是：一是让各位技术人员对钻具使用和现场管理有一个更详实的认识，指导正确合理使用钻具，尽可能减少钻具现场失效问题，保证钻井生产正常进行；二是提请各位技术人员要爱惜工程公司的钻具资源。钻具是属于工程公司的，任何人都应当爱惜公司的资产。下面，受工程公司的委托，做简要的介绍，供现场使用人员参考，不当之处，请予以批评指正！前前 言言一、前言一、前言F二、钻具基础知识二、钻具基础知识三、大港油田近几年钻具失效情况三、大港油田近几年钻具失效情况四、钻具现场使用四、钻具现场使用五、钻具现场管
3、理五、钻具现场管理钻具基础知识钻具基础知识钻具生产工艺流程图钻具生产工艺流程图一、钻柱的组成与功用（一）钻柱的组成 钻柱(Drilling String)是钻头以上，水龙头以下部分的钢管柱的总称.它包括方钻杆(Square Kelly)、钻杆(Drill Pipe)、钻铤(Drill Collar)、各种接头(Joint)及稳定器(Stabilizer)等井下工具。钻具基础知识钻具基础知识（二）钻柱的功用(1)提供钻井液流动通道；(2)给钻头提供钻压；(3)传递扭矩；(4)起下钻头；(5)计量井深；(6)观察和了解井下情况（钻头工作情况、井眼状况、地层情况）；(7)进行其它特殊作业（取芯、挤水
4、泥、打捞等）；(8)钻杆测试(Drill-Stem Testing),又称中途测试。钻具基础知识钻具基础知识 1.钻杆 （1）作用：传递扭矩和输送钻井液，延长钻柱。（2）结构：管体+接头 （3）规范：壁厚：9 11mm，一般是9.19mm。外径：根据各种钻杆情况而定，如常用的127，140等。长度：一般在9.5m左右。钻具基础知识钻具基础知识 常用钻杆规范（内径、外径、壁厚、线密度等）常用钻杆规范（内径、外径、壁厚、线密度等）钻具基础知识钻具基础知识 （2）接头及螺纹 螺纹连接条件：尺寸相等，丝扣类型相同，公母螺纹相匹配。钻杆接头特点：壁厚较大，外径较大，强度较高。钻杆接头类型：内平（IF）、
5、贯眼（FH）、正规（REG）；NC系列钻具基础知识钻具基础知识l内平式：主要用于外加厚钻杆。特点是钻杆通体内径相同，钻井液流动阻力小；但外径较大，容易磨损。l贯眼式：主要用于内加厚钻杆。其特点是钻杆有两个内径，钻井液流动阻力大于内平式，但其外径小于内平式。l正规式：主要用于内加厚钻杆及钻头、打捞工具。其特点是接头内径加厚处内径管体内径，钻井液流动阻力大，但外径最小，强度较大。这 种类型接头均采用V型螺纹，但扣型、扣距、锥度及尺寸等都有很大的差别。钻具基础知识钻具基础知识lNC型系列接头型系列接头 NC23，NC26，NC31，NC35，NC38，NC40，NC44，NC46，NC50，NC56
6、，NC61，NC70，NC77等。NCNational Coarse Thread，（美国）国家标准粗牙螺纹。xx表示基面丝扣节圆直径，用英寸表示的前两位数字乘以10。如：NC26表示的节圆直径为2.668英寸。NC螺纹也为V型螺纹,表2-17所列的几种NC型接头与旧API标准接头有相同的节圆直径、锥度、螺距和螺纹长度，可以互换使用。钻具基础知识钻具基础知识数字型接头与旧数字型接头与旧API接头的区别接头的区别钻具基础知识钻具基础知识2、钻铤结构特点：管体两端直接车制丝扣，无专门接头；壁厚大(38-53毫米），重量大，刚度大。主要作用：(1)给钻头施加钻压;(2)保证压缩应力条件下的必要强度;
7、(3)减轻钻头的振动、摆动和跳动等，使钻头工作平稳；(4)控制井斜。类 型：光钻铤、螺旋钻铤、扁钻铤。常用尺寸：6-1/4，7 ，8 ，9。钻具基础知识钻具基础知识3.方钻杆 类 型：四方形、六方形 特 点：壁厚较大，强度较高 主要作用：传递扭矩和承受钻柱的全部重量。常用尺寸：89mm(3.5英寸)，108mm(4.5英寸)，133.4mm (5.5英寸)。钻具基础知识钻具基础知识4.稳定器类型：刚性稳定器、不转动橡胶套稳定器、滚轮稳定器。作用：1）防斜；2）控制井眼轨迹。钻具基础知识钻具基础知识二、钻柱的工作状态及受力分析 （一）钻柱的工作状态1.起下钻工况下 直井：直的拉伸、滑动。斜井：随
8、井眼倾斜和弯曲，滑动。2.正常钻进工况下 上部受拉伸，下部受压弯曲；在扭矩作用下旋转运动。钻具基础知识钻具基础知识3.3.钻柱的旋转运动形式钻柱的旋转运动形式 （1 1）自转）自转 钻柱象一根柔性轴，围绕自身轴线旋转。均匀磨损，易发生疲劳破坏。（2 2）公转）公转 钻柱象一个刚体，围绕着井眼轴线旋转并沿着井壁滑动。产生偏磨。（3 3）公转与自转的结合）公转与自转的结合 弯曲钻柱围绕井眼轴线旋转，同时围绕自身轴线运动。钻具基础知识钻具基础知识（4）纵向振动）纵向振动 钻头振动引起，产生交变应力。（5）扭转振动）扭转振动 由井底对钻头旋转阻力的变化引起，产生交变扭剪应力.（6）横向摆振）横向摆振
9、达到某一临界转速，可能产生无规则摆动，产生交变弯曲应力。一般认为，弯曲钻柱旋转的主要形式是自转，但也可能产生公转或两种运动形式的结合。由于在转动过程中受到阻力的作用，钻具的转动是不平稳的。钻具基础知识钻具基础知识三、钻柱的受力分析三、钻柱的受力分析1.概述（1）自重产生的拉力（2）钻压产生的压力（3）钻井液的浮力（4）摩擦阻力（5）循环压降产生的附加拉力（7）起下钻时产生的动载荷钻具基础知识钻具基础知识（8）扭矩（9）弯曲应力（10）离心力（11）外挤力（12）振动产生的交变应力。钻具基础知识钻具基础知识 2、钻柱受力最严重的部位：、钻柱受力最严重的部位：1）井口断面：）井口断面：拉力最大，扭
10、矩最大；拉力最大，扭矩最大；2）下部受压弯曲部分）下部受压弯曲部分：交变轴向应力、交变轴向应力、弯曲应力、扭剪应力弯曲应力、扭剪应力 3）中性点：（）中性点：（钻柱上轴向力等于零的点钻柱上轴向力等于零的点(点，亦称中和点，点，亦称中和点，Neutral Point)拉压交变载荷。拉压交变载荷。钻具基础知识钻具基础知识 下部钻柱弯曲的原因下部钻柱弯曲的原因 钻压的作用使下部钻柱受压缩，当压力达到钻柱的临界压力，钻柱将失去直线稳定状态而发生弯曲并与井壁接触。压力较大时可能发生多次弯曲。钻具基础知识钻具基础知识四、钻柱设计四、钻柱设计 1、设计内容：（1）尺寸选择 （2）钻铤柱长度计算 （3）钻杆柱
11、强度设计及较核。2、设计原则：（1）满足强度（抗拉、抗挤强度等）要求，保证钻柱安全工作；（2）尽量减轻整个钻柱的重力，以便在现有的抗负荷能力下钻更深 的井。钻具基础知识钻具基础知识一）钻柱尺寸选择一）钻柱尺寸选择 1.依据：（1）钻机的提升能力；（2）井眼尺寸；（3）地质条件；（4）工艺要求；（5）供货情况。钻具基础知识钻具基础知识 2.经验配合关系经验配合关系钻具基础知识钻具基础知识选择的基本原则：选择的基本原则：1.钻杆由于受到扭矩和拉力最大，在供应可能的情况下，应尽量选用大尺寸方钻杆,应比钻杆尺寸大一级；2.钻机提升能力允许的情况下，选择大尺寸钻杆是有利的。因为大尺寸钻杆强度大，水眼大，
12、钻井液流动阻力小，且由于环空较小，钻井液上返速度高，有利于携带岩屑。入井的钻柱结构力求简单，以便于起下钻操作。国内各油田目前大都用127mm(5 in)钻杆。钻具基础知识钻具基础知识 3、钻铤尺寸决定着井眼的有效直径，为了保证所钻井眼能使套管或套铣筒的顺利下入，钻铤中最下部一段（一般应不少一立柱）的外径应不小于允许最小外径，其允许最小钻铤外径为：允许最小钻铤外径2套管接箍外径钻头直径 当钻铤柱中采用了稳定器，可以选用稍小外径的钻铤。钻铤柱中选用的最大外径钻铤应以保证在可能发生的打捞作业中能够被套铣为前提。在大于241.3mm的井眼中，应采用复合钻铤结构。但相邻两段钻铤的外径一般以不超过25.4
13、mm为宜。钻具基础知识钻具基础知识 4钻铤尺寸一般选用与钻杆接头外径相等或相近的尺寸，有时根据防斜措施来选用钻铤的直径。近些年来，在下部钻具组合中更多的使用大直径钻铤，因为使用大直径钻铤具有下列优点：（1）用较少的钻铤满足所需钻压的要求，减少钻铤，也可减少起下钻时连接钻铤的时间；（2）提高了钻头附近钻柱的刚度，有利于改善钻头工况；（3）钻铤和井壁的间隙较小，可减少连接部分的疲劳破坏；（4）有利于防斜。钻具基础知识钻具基础知识l一、前言一、前言l二、钻具基础知识二、钻具基础知识F三、大港油田近几年钻具失效情况三、大港油田近几年钻具失效情况l四、钻具现场使用四、钻具现场使用l五、钻具现场管理五、钻
14、具现场管理近几年油田钻具失效情况统计及分析近几年油田钻具失效情况统计及分析年序年序失失 效效 情情 况况刺扣（根）刺扣（根）刺本体（根）刺本体（根）断扣（根）断扣（根）粘扣（根）粘扣（根）其它其它19991999年年11868020002000年年91633920012001年年5326120022002年年08111720042004年年035442820052005年年044023耐磨带刺漏3根2006年（至今）15095耐磨带刺漏1根 钻井过程中，钻具除了受到拉力外，还要受到交替变化的弯曲应力，由于地层变化、转盘旋转等引起的横向振动和扭转振动的周期变化的干扰力，接触的介质是具有一定腐蚀性
15、的钻井液，这些因素加速了钻具的失效。钻具失效除了造成钻具损失外，打捞作业和停止钻进损失更大，甚至会造成进尺报废。因此，分析钻具失效问题，加强对钻具的使用、检测与管理，减轻这一问题的影响意义重大。近几年油田钻具失效情况统计及分析近几年油田钻具失效情况统计及分析 钻杆失效类型主要有过量变形、刺穿或断裂及表面损伤。过量变形是由于工作应力超过材料屈服极限引起；刺穿或断裂在钻柱失效事故中所占的比例较大，主要由于应力腐蚀、疲劳和腐蚀疲劳等原因造成。表面损伤主要有腐蚀、磨损和机械损伤。钻杆管体腐蚀疲劳裂纹均起源于内壁的点蚀坑，其破坏过程：点蚀坑产生裂纹萌生扩展刺穿。近几年油田钻具失效情况统计及分析近几年油田
16、钻具失效情况统计及分析锈蚀锈蚀裂纹、锈蚀、磨损裂纹、锈蚀、磨损缺陷的深度主要缺陷主要缺陷近几年油田钻具失效情况统计及分析近几年油田钻具失效情况统计及分析拉伤、刺漏拉伤、刺漏的台肩面的台肩面近几年油田钻具失效情况统计及分析近几年油田钻具失效情况统计及分析被研磨过被研磨过的螺纹的螺纹近几年油田钻具失效情况统计及分析近几年油田钻具失效情况统计及分析1.刺扣主要原因分析：钻具放置时间太长，没有及时检查、检修，造成螺纹、台肩锈蚀，引起刺扣；上扣扭矩未按规定执行，上扣扭矩不足；钻具丝扣油质量存在问题或不按规定要求进行涂抹，造成密封质量不合格。近几年油田钻具失效情况统计及分析近几年油田钻具失效情况统计及分析
17、2.刺本体原因分析：由于钻具水眼小，泥浆排量大，造成在大小直径过渡处形成涡流，造成刺穿本体；起下钻时长卡瓦咬伤本体；使用钻杆滤清器对钻杆本体造成严重操损伤；近几年油田钻具失效情况统计及分析近几年油田钻具失效情况统计及分析钻具卸扣时，如果采用单吊卡作业，井口卡瓦对钻具的挤压力和B型大钳卸扣时的斜向拉力，致使钻具本体长期造成两个力的交叉作业诱使钻具本体发生破坏；钻具没有及时进行无损检测；钻具本身存在质量问题。近几年油田钻具失效情况统计及分析近几年油田钻具失效情况统计及分析3.粘扣原因分析钻具螺纹未采用磷化工艺，造成粘扣现象；钻具螺纹没有彻底清洁，螺纹脂质量不合格或涂抹操作不当，螺纹里夹扎有脏物，造
18、成联接不合格。近几年油田钻具失效情况统计及分析近几年油田钻具失效情况统计及分析l一、前言一、前言l二、钻具基础知识二、钻具基础知识l三、大港油田近几年钻具失效情况三、大港油田近几年钻具失效情况F四、钻具现场使用四、钻具现场使用l五、钻具现场管理五、钻具现场管理钻具现场使用钻具现场使用 一、钻具的操作规程一、钻具的操作规程 1、钻具使用前必须彻底清除丝扣表面夹杂的泥沙、石屑，砂砾等影响螺纹连接质量的脏物；上下钻台时必须戴好护丝，防止、严防上下钻台磕碰钻具螺纹及台肩面。螺纹间存在杂物，螺纹间存在杂物，导致螺纹连接失效导致螺纹连接失效 2、用液压大钳给钻杆紧扣时，先用高速档旋转约45圈上扣，观察钻杆
19、内、外吻合面是否均匀，如均匀则用低速档上紧旋合。在一般情况下加于钻杆上的扭矩不允许超过钻杆接头的紧扣扭矩。一般情况下液压大钳上扣液压值及对应扭矩如下表。钻具现场使用钻具现场使用 钻杆接头分级及对应旋接扭矩、液压大钳压力值钻杆接头分级及对应旋接扭矩、液压大钳压力值钻杆类型钻杆类型新接头新接头1 1级接头级接头2 2级接头级接头规格公称质量Kg/m钢级接头螺纹型式外径mm内径mm旋接扭矩N.m对应液压大钳压力值(Mpa)对应档级外径mm偏磨内螺纹接头最小台肩mm旋接扭矩N.m对应液压大钳压力值(Mpa)对应档级外径mm偏磨内螺纹接头最小台肩mm旋接扭接N.m对应液压大钳压力值(Mpa)对应档级73
20、15.49GNC31104.850.8894614.90 高档1005.2828414.00 高档98.4 4.4724712.4高档S111.141.3117472.00 低档103.26.71043217.20 高档101.6 5.9934715.5高档8919.81GNC3812761.9150582.64 低档118.36.4133942.36 低档116.7 5.6119612.14低档钻杆接头分级及对应旋接扭矩、液压大钳压力值12729.05GNC50165.182.6348775.62 低档154.88.7297115.08 低档152.4 7.5260914.45低档S168.
21、369.9429846.90 低档160.311.5384806.09 低档157.2 9.9334145.13低档139.736.79G51/2FH184.288.9426436.72 低档170.79.1404526.41 低档169.9 8.7360115.80 低档S190.576.2590939.91 低档178.613.1524738.90 低档174.611.1449868.41低档 钻杆接头的紧扣扭矩是防止钻杆接头损坏的唯一最主要的因素。要求施加于钻杆上的扭矩不应超过规定值，若施加扭矩过大，则会在接头螺纹处产生很高的轴向载荷，会造成螺纹变形、折断，公接头伸长、剪断，母接头胀大、
22、胀裂等钻具事故；过小则密封不到位，容易产生螺纹、台肩刺漏问题。钻具现场使用钻具现场使用3、钻具使用过程中，必须定期倒换和起钻错扣；4、钻具下井前，其螺纹及台肩部分必须均匀涂抹合格螺纹脂；5、钻杆下井时必须用双钳按标准力矩紧扣，大钳不得咬在钻杆管体上；6、不得将钻杆滤清器、铁杆等硬物插进内涂层钻杆水眼，以免破坏内涂层，造成钻杆内壁腐蚀性损坏；钻具现场使用钻具现场使用7、卡瓦使用井深应按卡瓦额定载荷的70%确定。卡瓦卡紧位置应在钻杆内螺纹接头下方0.30.5m；8、起钻时要检查钻具弯曲；检查钻具内、外螺纹及管体有无损伤、刺漏等；9、钻具上卸扣要做到平稳操作，不磨扣、不跳扣、不碰台肩；严禁用单钳绷扣
23、；10、钻具卸扣时应防止拉弯钻具和卸坏螺纹。钻具现场使用钻具现场使用l一、前言一、前言l二、钻具基础知识二、钻具基础知识l三、大港油田近几年钻具失效情况三、大港油田近几年钻具失效情况l四、钻具现场使用四、钻具现场使用F五、钻具现场管理五、钻具现场管理钻具现场管理钻具现场管理 随着井队样板队创建、达标建设逐渐增多，对井场的布置、要求，现场管理要求逐渐提高，特别是工程公司于2006年6月5日下发并实施了钻具不落地现场管理有关规定后，进一步加强了钻具现场管理的力度。做好钻具现场管理，能达到以下三个目的：1、减少现场钻具摆放不规范现象，提高现场HSE表现水平。生产所需的钻具以母螺纹一端对齐，摆放在滑道两侧的管架上；备用钻具不允许落地，以母螺纹一端对齐，码放在备用管架上，码放层数不得超过3层，每层钻杆之间用标准垫杠隔开，不准使用钻杆当垫杠。通过对钻具的规范化摆放，使现场规范有序。钻具现场管理钻具现场管理2、便于钻具现场管理和操作使用，提高工作的质量和可靠性。现场钻具规范化摆放后，便于对钻具进行检查、清点、倒运，能提高工作效率，保证钻具质量的可靠性。3、减少钻具因人为或自然情况下的损坏现象。规范摆放后，杜绝了钻具落地乱放现象的发生，避免了钻具由此而引起的锈蚀等问题发生。
