塔里木油田用钻杆失效原因分析及预防措施

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抽油杆失效及防控措施分析

抽油杆失效及防控措施分析

抽油杆失效及防控措施分析摘要:抽油杆柱是将地面往复运动传递到井下抽油泵的中间环节,也是有杆抽油系统中最薄弱的环节之一。

其工作的可靠性直接决定着油井是否能正常生产,其工作性能的好坏直接影响着抽油效率。

为此,文章主要分析了油田抽油杆常见失效故障及其防控措施。

关键词:抽油杆;失效;防控;效率抽油杆作为抽油机中一种重要的抽油设备,其实际结构简单,使用可靠,操作和维护等也相对比较方便,但由于抽油杆长期处于比较复杂的环境中,以及油田不断地增长与开发,油田综合含水率不断地增加等问题的存在,故而便导致抽油杆在工作中容易出现一些故障影响抽油机的正常运作,其主要故障包括抽油杆疲劳破坏和抽油杆机械磨损。

而应当如何有效治理这些故障,保证油田抽油杆的正常运转,则是文章重点研究的内容。

1、油田抽油杆常见失效故障分析1.1抽油杆疲劳破坏油田抽油杆常见故障,主要是以疲劳破坏为主,主要造成抽油杆断脱,抽油杆断。

这一原因的形成,主要是因为油田的抽油杆长期未更换,并长期利用同一个抽油杆,带动柱塞作上下往复运动,故而便导致油田抽油杆因长期未更换,而承受不对称交变循环载荷的作用。

油田抽油杆在工作过程中,上部光杆承受的载荷包括有抽油杆柱的载荷、抽油杆柱、油管柱和液柱等惯性载荷,在承受这些载荷时,抽油杆都承受的摩擦阻力会随之增加,然后由液击引起的冲击载荷,也会使抽油杆承受其方面的力。

同时,抽油杆柱载荷越往下越小,又因受下部抽油杆柱所承受的上顶力作用,迫使抽油杆变得弯曲甚至变形,在一定程度上加大抽油杆与油管之间的摩擦力,使得抽油杆在油管中的工作条件变得更加不适。

由此可见,抽油杆在工作过程中所承受的不对称循环载荷,导致其形成疲劳过度从而造成破坏的现象。

1.2抽油杆机械磨损抽油杆机械磨损又称抽油杆偏磨,在抽油杆运作过程中导致杆出现偏磨的原因有很多,而造成这些原因的发生主要是因为抽油杆在抽油机带动下做上下冲程运动,在此过程中,抽油杆与油管产生刚性摩擦,故而造成抽油杆出现磨损、管杆失效等问题。

钻杆钻具失效与预防

钻杆钻具失效与预防

钻杆钻具失效与预防在钻井过程中,钻杆在任何部位失效都会造成严重的后果,甚至使井报废。

我国各油田每年发生钻杆事故约五六百起,经济损失巨大,每年进口各种规格的钻杆就要耗用数亿元人民币的外汇。

随着浅层资源的不断枯竭,今后越来越多的钻深井、超深井,钻杆的安全可靠性就成为一个十分突出的问题。

钻杆失效一般表现为本体断裂和刺漏,钻杆螺纹处失效等。

原因大致是由以下一些因素引起的:钻进时钻杆的基本力学工况,钻具的组合及钻井工艺,井径规则性,偏磨,螺纹密封脂,钻井液,钻杆结构和材料,地层因素,井内腐蚀介质等,以上因素交互作用的结果导致钻杆失效。

钻杆的基本力学工况钻杆在内外充满钻井液的狭长井眼里工作,通常承受压、弯、扭、液力等载荷。

如果钻杆所受应力小于每平方米206.8牛顿时,钻杆虽经过无数次的弯曲,也不会产生疲劳裂纹。

钻井时钻杆承受弯曲、扭转和拉伸应力组成的复合应力很大,特别是在大位移定向井及水平井中扭矩极大,钻杆在远远小于100万次弯曲次数时便产生疲劳微裂纹;微裂纹产生后便不断扩大延伸,此时如果具有腐蚀作用的高压钻井液进入微裂纹中,就会加速裂纹扩展,最终导致钻井液刺穿钻杆的失效事故。

刺穿发展的结果,使钻杆有效断面不断缩小,刺孔加裂纹的总长度超过其临界裂纹尺寸时,即发生断裂。

除旋转向下的运动,同时还有钻杆的各种振动和涡动。

钻具组合及钻井工艺钻杆作为一个旋转的细长弹性杆件,有其固有振动频率,钻具的组合决定了此固有频率。

钻杆旋转时还会产生纵向、横向和扭转3种形式的振动,当它们的频率与固有频率相吻合时则产生共振。

共振的结果会在原来钻杆疲劳应力的基础上附加一个额外的疲劳应力,加速钻杆的失效。

采用长效螺杆钻杆替代转盘钻定向井、水平井的钻井工艺可以减少钻杆的旋转弯曲疲劳程度。

井径不规则影响井径不规则或扩径严重的井段,钻杆的弯曲程度随之相应增大,钻杆旋转时连接螺纹部位受交变弯曲应力加速钻杆疲劳失效,同时螺纹连接受力复杂化,加剧了螺纹疲劳损坏。

钻具失效案例分析

钻具失效案例分析

5)微观断口有泥纹花样。
氢脆特征
1) 宏观断口表面洁净,氢脆断裂区呈结晶颗粒状亮灰色; 2) 显微裂缝呈断续而弯曲的锯齿状; 3) 微观断口沿晶分离,晶粒轮廓鲜明,晶界面上伴有变形线(发纹线、或 鸡瓜痕); 4) 失效部位应力集中严重,氢致破断源位于表面;应力集中小,氢致破 断源位于次表面(渗碳……等表面强化零件多源于次表面); 5) 失效应力主要是静拉应力,特别是三向静拉应力。
结果导致钻具偏磨、疲劳断裂。
长庆油田钻具失效情况
2002年长庆气田共发生钻具失效事故193起。其中钻 铤155起,占80.3%。钻杆37起,占19.2%。转换接 头1起,占0.5%。 在155起钻铤失效事故中,母扣裂纹或断裂113起, 占58.5%。 公母扣刺坏的31起,占20.0%。公扣裂纹 或者断裂7起,占4.5%。 在37起钻杆失效事故中,管体加厚过度带部位刺穿 的24起,占64.9%。公扣断裂的2起,占5.4%。扣刺 坏的5起,占13.5%。吊卡台肩裂纹6起,占16.2%。 转换接头失效是因螺纹刺坏而失效。
3) 宏观断口附近无塑性变形,疲劳区因腐蚀介质作用 及产物在该区留存,而失去金属光泽;
4) 微观断口由于腐蚀介质作用,疲劳条痕模糊不清; 6) 工作环境具有液态、气态腐蚀介质或潮湿空气; 7) 属多源疲劳。
5) 断口表面腐蚀产物成份与工作环境介质成分相对应;
氢脆和应力腐蚀
应力腐蚀特征
1)存在应力(拉应力)和敏感的腐蚀介质下工作条件; 2)宏观断口由应力腐蚀破裂区(源区和应力腐蚀裂缝 扩展区)一般呈暗灰色,断口组织粗糙,伴有腐蚀产 物复盖;瞬断区新鲜断口呈纤维状并伴有幅射棱线 (有时由于环境污染呈腐蚀性灰色)及剪切唇; 3)应力腐蚀裂缝形貌呈树枝状,分叉裂缝系腐蚀产物 体积效应造成结果; 4)微观断口形貌有腐蚀产物。若属沿晶应力腐蚀破断, 微观晶粒外形轮廓因腐蚀而模糊不清,晶界加宽,晶 界面上常有细小腐蚀坑或核桃纹;若属穿晶应力腐蚀 破断,微观断口形貌多呈解理河流花样。

油田钻具失效原因分析及控制措施研究

油田钻具失效原因分析及控制措施研究

油田钻具失效原因分析及控制措施研究油田钻具是石油勘探和开采中不可或缺的重要设备,在石油生产中发挥着至关重要的作用。

在长时间的使用过程中,油田钻具可能会出现失效现象,不仅会造成生产中断和设备损坏,而且还会对环境和人员安全造成潜在威胁。

深入分析油田钻具失效的原因,并提出相应的控制措施,对于提高油田钻具的使用寿命和运行安全具有重要意义。

一、油田钻具失效原因分析1. 磨损和疲劳油田钻具在长时间的作业过程中,受到重复的载荷和振动影响,容易发生磨损和疲劳现象。

特别是在复杂地层条件下,磨损和疲劳问题更为突出,导致钻具寿命大大缩短。

2. 腐蚀油田钻具长期处于恶劣的地下环境中,容易受到泥浆、酸性物质等腐蚀介质的侵蚀,导致钻具表面损坏,甚至出现龟裂、脱落等现象。

3. 设计缺陷油田钻具的设计缺陷也是造成失效的重要原因。

在受力分布不均匀的情况下,可能导致部件断裂;在钻具的连接部位存在设计缺陷时,也容易发生失效。

4. 质量问题油田钻具的质量直接影响着其使用寿命和安全性能。

一些没有经过严格检测和质量控制的钻具可能存在隐患,容易出现失效问题。

5. 错误使用油田钻具的错误使用也是造成失效的重要原因。

操作人员对于钻具的使用不当,或者不符合设计要求的使用方法,容易导致失效。

二、控制措施研究1. 强化维护管理加强对油田钻具的维护管理,定期进行检查和维修,及时发现并修复磨损、腐蚀等问题,可以有效延长钻具的使用寿命。

2. 加强质量控制对油田钻具的生产过程进行严格的质量控制,确保钻具的质量符合设计要求,避免因质量问题造成的失效现象。

3. 完善设计改进油田钻具的设计,提高其受力均匀性和耐腐蚀性能,减少设计缺陷对钻具寿命的影响。

4. 增强人员培训加强对油田钻具使用人员的培训,提高其对钻具正确使用和维护的认识,减少因误操作导致的失效。

5. 强化监测技术引入先进的监测技术,对油田钻具进行实时监测,及时获取钻具的工作状态信息,可以有效预防失效的发生。

钻具失效分析及预防措施研究

钻具失效分析及预防措施研究

钻具失效分析及预防措施研究摘要:在钻井作业过程中,井下钻具的工作环境十分恶劣,要在高温高压环境下承受各种应变载荷和剧烈碰撞,同时要受到钻井液的冲刷和腐蚀。

当钻具在井下出现刺漏、断裂等失效问题后,轻者需要起钻更换钻具,重者会因为钻具断裂导致停钻打捞落鱼,对钻井施工造成严重损失。

因此对钻具失效原因进行系统分析并给出应对策略,对降低井下事故发生概率、提高油气田开发效率具有重要意义。

关键词:钻具;失效;预防措施油气田勘探开发过程中钻具受力状态十分复杂,所以其失效形式也多种多样。

在钻井作业中,井身结构复杂,作业工序繁杂,钻柱在井下运动,除了自转还有公转,受力有静载荷也有动载荷,还有拉、压、弯、扭等力,又有司钻操作或打捞震击等复杂工艺引起的冲击力。

在井下运转过程中还受到腐蚀、磨损、温度及压力的影响。

钻具在存放过程中,受到潮湿气候的锈蚀等。

钻具失效几率高。

分析钻具的使用情况,失效形式有如下几种:疲劳失效、磨损失效、腐蚀疲劳失效。

一、钻具失效的主要原因钻具失效往往是由于多种原因共同作用造成。

据统计,钻铤和钻杆是最易发生失效的部位,因钻具自身质量问题造成的失效比例是12.8%,因现场使用不当造成的失效比例为32.2%;因井下工作环境造成的失效比例是52%;由于运输、保存原因造成的失效比例是3%。

1、钻具自身材质因素。

对钻具失效的统计分析表明,生产过程中使用的原料材质品质较差、生产工艺不达标和产品尺寸偏差大,是导致钻具失效的主要原因,主要表现在:①钻杆加厚部位的结构存在问题;②钻杆、钻铤等钻具间的转换接头质量差;③螺纹加工标准低,在应力集中作用下发生问题,导致应力损伤;④钻柱强度不达标。

2、环境因素。

造成钻柱失效的最主要的环境因素是钻井液腐蚀,钻井液的含砂量、pH 值、润滑性、流态、温度等均对钻柱失效有着直接或间接的影响。

钻井液对钻柱的腐蚀性排序为:充气盐水钻井液>盐水钻井液、低pH钻井液>高pH钻井液>油基钻井液。

油田钻具失效原因分析及控制措施研究

油田钻具失效原因分析及控制措施研究

油田钻具失效原因分析及控制措施研究油田钻具失效是指在钻井作业过程中,钻具出现各种故障,无法正常运转或达不到预期的使用寿命。

这会严重影响钻井的进展和效率,增加作业成本,甚至导致事故的发生。

对油田钻具失效的原因进行分析并研究相应的控制措施,对保障钻井作业的持续进行和安全生产具有重要意义。

油田钻具失效的原因主要有以下几方面:1. 动力系统失效:动力系统失效包括电机、液压系统、传动装置等故障。

这些故障可能是由于组件磨损、润滑不良、密封件老化等原因导致的。

控制措施包括定期进行设备维护保养,检查机械零部件的磨损情况,加强润滑管理,更新老化的密封件等。

2. 钻头失效:钻头是钻井作业中最容易失效的部件之一。

其失效原因主要有磨损、断刃、堵塞等。

钻头磨损主要是由于井壁岩石的磨蚀作用,尤其是含有砂岩和碳酸盐岩的地层,需要采取合适的防磨措施。

断刃则是指钻头刃部发生断裂,这主要是由于受到过大的冲击或拉伸力造成的。

堵塞则是指钻头刃部被岩石屑、胶结物等物质堵塞,导致无法正常进行钻井作业。

控制措施包括选择合适的钻头材料和结构,进行定期的检查和维护,及时清理堵塞物等。

3. 钻柱及井筒失效:钻柱及井筒是支持钻头和输送钻杆的关键部件,其失效会导致整个钻具系统无法正常工作。

钻柱失效主要是由于疲劳断裂,其原因可能是工作条件超过了其承载能力,也可能是材料质量问题。

井筒失效则是由于井壁结构破坏,主要原因是岩石的强度不够,造成井壁塌陷。

控制措施包括合理设计钻柱和井筒的结构,选择合适的材料,定期进行强度检测和防腐处理等。

4. 钻井液失效:钻井液失效主要指钻井液性能下降,无法满足钻井要求。

钻井液性能下降的原因很多,包括固相物质浓度过高、润滑性能不佳、过滤性能下降等。

这些都可能导致钻井液与井底温度、地层压力不匹配,从而出现井壁稳定问题。

控制措施包括定期检测钻井液性能,及时调整配方,控制固相物质浓度和酸碱度,保证钻井液的稳定性能。

钻井作业中油田钻具失效的原因较多,但通过合理的控制措施可以减少其发生概率。

塔里木油田用钻杆失效原因分析及预防措施

塔里木油田用钻杆失效原因分析及预防措施

Investigation of Failure Causes for Drill Pipes Used in Tarim Oil Field and Relevant Preventative Actions
Zhou Jie 1, Lu Qiang 1, L ü Shuanlu 1,2, Su Jianwen 1, Feng Shaobo 1, Xie Juliang 1, Wang Zhongsheng 1
48
技术交流
塔里木油田用钻杆失效原因分析及预防措施
周 杰 1, 卢 强 1, 吕拴录 1,2, 苏建文 1, 冯少波 1, 谢居良 1, 王中胜 1
( 1. 塔里木油田 , 新疆 库尔勒 841000 ; 2. 中国石油大学机电工程学院 , 北京 100249 )
摘 要 : 塔里木油田 钻 井 条 件 苛 刻 , 钻 杆 受 力 情 况 复 杂 , 容 易 发 生 钻 杆 失 效 事 故 。 分 析 了 钻 杆 失 效 的 原 因 ,
[6-8]
图 3 钻杆内螺纹接头表层摩擦热裂纹及摩擦热影响区形貌
图 4 钻杆内螺纹接头表面白亮淬火层和高温回火层组织
盘转速超过 70 r/min 时钻柱剧烈扭摆震动 , 甩打井 口 , 严重影响了钻井的正常生产 。 钻杆管体和接头由摩擦焊接在一起 , 钻杆的直 线度是由管体直线度和管体与接头对焊后的同轴度 两部分决定的 。 钻杆管体直线度偏差越大 , 则钻杆 管体与对焊接头的同轴度偏差就越大 , 钻杆的直线 度偏差也就越大 ; 管体两端镦粗加厚部分不同方向 的外径差值越大 , 则对焊后管体与接头的同轴度偏 差就越大 。 钻杆管体是按 API Spec 5D 标准 [9]生产和检验 的 。 API Spec 5D 标 准 规 定 所 有 Φ 114.3 mm 及 更

钻具事故的处理

钻具事故的处理

钻具事故的处理钻具事故发生的原因1.疲劳破坏。

这是钻具事故发生最主要的原因之一。

钻具在使用中承受拉伸、压缩、弯曲、剪切等复杂应力,而且在某些区域还产生频繁的交变应力,当这种应力达到足够的强度和足够的交变次数时,便产生疲劳破坏。

临界转速引起的震动,钻进时蹩、跳钻产生的纵向、横向震动,钻具在弯曲的井眼中转动产生的拉、压交变应力等都易使钻具发生疲劳破坏。

疲劳破坏形成的裂纹方向与应力方向垂直,故钻具疲劳破坏的断面是圆周方向的。

2.腐蚀破坏可以说是无处不在,主要是氧气腐蚀、二氧化碳腐蚀、硫化氢腐蚀、溶解盐腐蚀(钻井液PH值越低,腐蚀越严重;温度越高,溶解盐浓度越大,钻井液流速越高,腐蚀越快)、各种酸类腐蚀、电化学腐蚀、细菌腐蚀等。

钻具无论在存储或是入井工作中都会产生腐蚀,有时几种腐蚀同时发生。

由于腐蚀使管壁变薄,产生表面凹痕,甚至使钢材变质,降低了钻具的使用寿命和价值。

3.钻具在制造中产生的隐患。

主要是钻具在轧制过程中形成的缺陷,调质过程中发生的结晶组织变化,公母螺纹的临界断面模数配合不合理,钻杆加厚过渡带几何形状设计不合理等。

由于这些制造原因,往往造成钻具早期损坏。

4.使用不合理造成的破坏。

处理井下复杂、事故时,大吨位提拉、下放、扭转,使钻具产生变形,拉细、拉长。

运输及使用中造成的伤痕,如卡瓦、钳牙、碰撞、砸等造成的伤痕,上扣不紧,钻进中转盘扭矩过大,长期高速转动钻具,钻具长期使用不进行错扣检查、释放应力,也不倒换位置,不定期进行探伤、回厂检查保养和修理等。

在特殊作业时,对钻具保护不力(如注酸时,防护措施执行不力;含硫化氢油气田钻井时,未采取钻具保护措施等)造成的钻具破坏。

5.把不同钢级、壁厚的钻具混合在一起使用,也容易发生钻具破坏。

6.事故破坏。

顿钻、单吊环起钻拉断钻具,处理井下复杂、事故时,因超限提拉、扭转,将钻具拉断、扭断,造成钻具落井;钻具刺漏未及时发现,导致钻具落井。

违反操作规程、违章操作造成钻具落井,如:提升短节未用大钳紧扣,钻铤或井下工具在井口上扣时提升短节倒扣又未及时发现,造成钻具或井下工具落井;吊卡未扣好造成钻具落井;起下钻铤、无台肩井下工具时未加安全卡瓦或安全卡瓦未卡紧,造成钻具落井等。

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塔 里 木 油 田用钻 杆 失效 原 因分 析 及 预 防措 施
周 杰 ,卢 强 , 吕拴 录 一 . ,苏建 文 ,冯 少波 ,谢 居 良 ,王 中胜
(1塔里木油 田,新疆 库尔勒 8 1 0 ;2 中国石 油大学机 电工程学 院,北京 10 4 . 400 . 0 2 9)

要 :塔里木油 田钻井条件苛刻 ,钻杆 受力 情况复杂 ,容易发生钻杆失效事故 。分析 了钻杆失效 的原 因 ,
s t DT s cii ton a s a i he y Ta i Oi e d ie N pe fca i s e t bls d b rm lFi l .
Ke r s Drl p p ; F i r y wo d : il i e a l e; P e e t tv c i n ; I t r a l — p e r n i o a e to ; I t r a l ・ u rv n aie a t s o n e n ly u s t ta st n l s c i n ・ i n e n ly ・ t r a e o n c i n;I n r o tn h e d d c n e to n e ai g c
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Z o i uQ a g,Li h a l ,S in e e gS ab i J l n h uJe,L in tS u nu uJa w n,F n h o o,X e ui g,Wa gZ o gh n a n h n s e g
(1 T r i Fed . ai O l il,K el 8 10 ,C ia m u r 4 0 0 hn ; e
介绍 了相应的预防措施及其效果。认 为现有钻杆标 准不 能满 足塔里木油 田的使用要求 。多年实践证明 ,塔里木油 田通过制定钻杆订货补充技术条件和严格现场探伤规 范,有效地减少 了钻杆失效事故 ,延长了钻杆使用寿命 。 关键词 :钻杆 ;失效 ;预防措施 ;内加厚过渡带 ;内螺纹接头 ;内涂层 中图分类号 :T 9 12 文献标识码 :B 文章编号 :1 0 — 3 (0 0 0 — 0 8 0 E 2 . 0 12 1 2 1 )4 0 4 — 5 1
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