钻具失效案例分析
φ127mm S135钻杆内螺纹接头胀扣失效分析
１７ ｍＳ ３ 钻杆 内螺纹接头胀扣 失效分析 ２ ｍ １５
李齐 富 姜新 越 陈长青 王青林 孙家栋
青县
刘 悦来
０２５ ） ６ ９ ０
（ 中国石油渤海石油装备制造有 限公 司第一机械厂 ，河 北
摘
要 对某油 井发 生的 １７ｎｎ １５ ２ ｌｌ ３ 钻杆 内螺纹接 头胀扣失效事 故及 其原 因进行 了调查分析 ，并且 对避 Ｓ
的 。从 内螺 纹接 头 胀 扣 失 效 形 貌 来 看 ， 内螺 纹 接 头 的 密 封 台肩 面 已严 重 变 形 ， 由平 面 变 为斜 面 。从 该
根 据 现 场调 研 资料 ，该 批 钻 杆 内螺 纹 接 头 胀 扣 失 效 表 现 为 内螺 纹 密 封 台 肩 面 下 陷 ，接 头 外 径 胀
＿ｒ ｔ ｆＩ ， ｌ ｛ｎ
、
， ｝
｝ ｔ
天然气技术 ／ ４１
第４ 卷
李齐 富，等 ： １７ ｍＳ３钻杆 内螺纹接头胀扣失效分析 ２ｒ １５ ａ
第３ 期
密 封 台肩 面接 触 时 ，内螺 纹 接 头密 封 台 肩 面只 有一 半 的承载 面积与外 螺纹 接头 的密封 台肩 面进 行接 触 。
磨 损 痕 迹 ，这 与 内螺 纹 接 头 内壁 的形 貌 相 配 。 由
８５ ５ ｍ，使用 １７ ｍＳ ３ ８台肩钻杆 ，上扣扭矩 ２ １５ｌ。 ｍ
为 ４ Ｎ・ 在井 深 ２５ ０１ 内 ，在 不 同井段 提 钻 时 ９ｋ ｍ。 ０ Ｉ Ｔ
都 发 现 钻 杆 内螺 纹 端 有 不 同程 度 的 胀 扣 失 效 现 象 ，
生 胀 扣失 效 的 内螺纹 接 头外 径 为 １７１ ｍ，远远 超 ７ ．２ｍ
头 密封 台肩 面 的倒 角 直 径 。经 测 量 ，内螺 纹 接 头 密 封 台肩 面 的有 效 壁 厚 为 ９０ｍ ． ｍ，而外 螺 纹 接 头 密 封 台肩 面 的有 效 壁 厚 仅 为 ４５ｍｍ，即 内 、外 螺 纹 接 头 ．
深井钻具失效问题分析
深井钻具失效问题分析作者：赵伟来源：《中国科技博览》2015年第02期[摘要]油气钻井作业就原理上来讲并不复杂，就是利用钻铤或加重钻杆给破碎岩石的钻头上施加一定的压力，使钻头的牙齿吃入地层，然后利用钻柱的旋转带动钻头旋转，利用钻头旋转来切削地层，并依靠循环的钻井液将钻屑带出井眼，以保证持续钻进。
但是油气钻井所面临的任务是艰巨的，它需要把覆盖在油气层以上数百米至数千米的岩石钻开，而且还要沿着预先设计好的井眼轴线把井眼钻的笔直，或向预定的方向倾斜钻到目的层。
在此过程中钻具的合理使用和日常科学的维护有着至关重要的作用，它将直接影响着钻井速度以及钻井安全。
及早的发现钻具的问题以及提前预防钻具发生问题对整个钻井过程都十分重要。
钻井中的钻具失效是一个世界性难题，全球每年因此产生的损失高达亿元。
钻具失效是钻具在使用过程发生刺漏、折断、裂纹而引起损坏的现象，钻具的工作环境一般比较恶劣，工作状况受载荷性质、加载次序、压力、温度等影响比较大，工作时所处的钻井液一般是由固体、液体等化学处理剂组成的复杂混合液，具有一定的腐蚀性。
钻井液和其他腐蚀介质与钻具相互作用，会严重缩短钻具的使用寿命，导致钻具早期失效。
[关键词]钻具；钻井；预防措施中图分类号：TG332 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01一、事例分析施工井深为4050米，发生断裂的钻铤为一根新的Ф177.8普通钻铤，它是2013年12月19日到井的9根新Ф177.8普通钻铤中的一根，春节过后才开始使用。
在2014年3月7日钻进的施工中，钻具组合按钻井设计执行，当时钻压、钻速、钻铤的上扣扭矩等都符合钻井设计要求，当发生泵压少了20吨，悬重异常，起钻后发现Ф177.8新钻铤公扣断裂，断裂时井深段为2380米，该断裂钻铤纯钻时110小时。
下图是断裂钻铤断面不同角度的照片。
（见图1、2）我们观察钻铤断裂情况，断裂位置在外螺纹根部第3—5扣范围内，在第2扣位置也有较大的裂纹。
钻具事故案例
(4)下反扣钻杆反扣公锥倒扣八次，倒 出全部钻铤，井下只留钻头和配合接头， 长0.66m. (5)下磨鞋磨铣，进足0.1m. (6) 放弃打捞，注水泥 300 袋 (15t) ，填 井侧钻。 (7) 探 水 泥 塞 面 ， 水 泥 塞 高 度 只 有 32.23m. (8)再次注水泥300袋(15t)。
四、塔里木油田 LN—33井 1．基础资料 (1) 表 层 套 管 ： ∮ 500mm ， 下 深 51.72m. (2) 技 术 套 管 ： ∮ 339.7mm ， 下 深 866.53m. (3) 技 术 套 管 ： ∮ 244.5mm ， 下 深 3636.36m. (4)尾管：∮177.8mm，下入井段为 3401.17—5158.45m，长1757.28m.
(9)探水泥塞面为2446.06m，距鱼头126.94m. (10) 用动力钻具侧钻，钻至井深 2575m 时憋 钻严重，判断是钻到了套铣筒。 (11) 第三次注水泥 500 袋 (25t) ，起钻至第九 柱时遇卡，开泵不通，上提1400kN，钻具卡 死。 (12)爆炸松扣，起出钻杆1726.50m. (13)下钻对扣，用测卡仪测卡点为2086m. (14) 从 井 深 2000m 处 切 割 ， 起 出 钻 杆 2001.30m。井内落鱼293.76m. (15)在井口打水泥塞，该井报废。
三、胜利油田 G—3井 1．基础资料 (1) 表 层 套 管 ： ∮ 339.7mm ， 下 深 90.02m. (2) 技 术 套 管 ： ∮ 244.5mm ， 下 深 2436m. (3) 裸眼：钻头直径∮ 215.9mm ，钻深 2609m。 (4) 钻 具 结 构 ： ∮ 215 ． 9mm 钻 头 十 ∮158mm钻铤158.4m十∮127mm钻杆。 (5)钻进参数：钻压160kN，转速65r／ min，排量35L／s，泵压11Mpa.
钻具失效断裂浅谈
杆为格兰特公司生产，2017 年进货，曾经在塔里木山
1.20g/cm 。
前区块使用过。本井 2020 年 1 月 9 日送井，未修公扣，1
3
月 14 日入井，纯钻时间 247.5h，进尺 825m，钻杆在入井
3
断口描述
失效钻具在钻柱中距离井口 1951.19m 处，第 68 柱
期间主要岩性为浅灰色含云灰岩，此种岩性主要成分
图 3，且表面疲劳台阶明显；瞬断区断口表面以剪切唇
为主，属典型塑性断裂区。根据钻杆接头以上断口特
征，该钻杆接头根部断裂应为典型的疲劳断裂。
（4）接头断裂部位位于螺纹根部，从断口表面裂纹
源区域可以看到，该区域断口颜色发亮，与附近端 5 口
表面颜色明显不同，且该区域挤压痕迹明显，见图 3。
根据裂纹源处的宏观特征，和该钻具入井时间和钻井
设计井深 6820m，风险探井，
直井。
2.2
768kN，其他参数暂无变化。起钻至第 68 柱发现从中
表1
钻井设计情况及钻井经过
钻井过程
钻井过程见表 1。
钻杆失效前的钻井过程及井筒参数
开钻
钻头
进尺
累计进尺
纯钻时间
套管
套管长度
次数
尺寸
(m)
(m)
（h）
尺寸
(m)
2019-10-31~11-04
一开
17-1/2″
液沉淀浓度（0.1~0.4mL/100mL）配合连续法加电同
时施加配置好的磁悬液，尤其适应于钻具公螺纹表面
和近表面的缺陷检测。
7 预防措施
钻具公扣螺纹根部为应力集中区，应力得不到及
时释放加之复杂工况下的拉应力和弯曲应力交变，容
鄂尔多斯大牛地气田钻具失效原因及预防
鄂尔多斯大牛地气田钻具失效原因及预防摘要：对鄂尔多斯盆地大牛地气田地质概况进行了介绍，分析了影响机械钻速和钻具失效的因素，通过优化钻具组合设计、优化钻井参数、完善施工作业方法等措施，总结了一套成熟的快速钻井配套方案和防钻具失效办法，取得了良好的效果，钻井周期和机械钻速得到了极大的提高，对提高该气田钻井效率有着一定的参考作用。
关键词：大牛地气田钻具失效粘扣钻具疲劳作者：张永涛，中原油田钻井二公司鄂北项目32593钻井队平台经理一、概况2002年中石化华北油气分公司在鄂尔多斯塔巴庙区块大牛地气田D15、D16井取得天然气产量重大突破，彻底改变了华北石油局在鄂尔多斯盆地油气勘探开发的被动局面，掀起了新一轮油气勘探开发高潮。
到2005年，已经有30余支来自不同油田的钻井队参加到大牛地气田的10亿方产能建设的行列中。
在中石化华北分公司鄂尔多斯前线指挥部的正确领导和广大参战队伍的积极努力下，工区的钻井技术水平有了很大提高，钻井周期逐年大幅度缩短。
但自2002年以来一直困扰钻井施工的大量钻具刺、断、粘扣窜浆、钻杆接头偏磨、耐磨带寿命短等钻具失效问题，没有得到根本性的解决，继续影响着钻井施工进度，拖延钻井施工周期，增加了钻井和勘探开发的成本。
我队是从2004年十一月份加入大牛地气田建设的，在最初的D1-1-27井D1-1-29井施工过程中也曾经发生多次钻具失效问题，对我们的施工带来了很大的不利影响。
二、大牛地气田钻具失效基本情况祥见下表：1．钻具主要的失效形式：1．1钻铤失效的主要形式：钻铤失效的主要形式为：钻铤的内、外螺纹根部折断；螺纹窜浆和粘扣；螺纹台阶面刺坏。
下表为2002年九普钻铤失效情况：此外，在2002年DK4井换用日本钻铤后，发生了大规模的钻铤粘扣情况。
1．2钻杆失效的主要形式：钻杆失效的主要形式为：本体刺穿特别是在钻杆加厚位置终了处刺穿；接头和本体偏磨导致钻具报废。
下表为2003年钻杆刺穿情况：30521HB钻井队钻井7口进尺19969.06米后，使用的宝钢G-105钻杆本体的壁厚随机抽样超声波测厚仪测量，同宝钢新钻杆平均壁厚对比，该批钻杆平均壁厚9.04mm,最小8.04mm,为新钻杆9.54mm的95%。
螺杆钻具失效原因分析与技术对策探讨
- 57 -第11期螺杆钻具失效原因分析与技术对策探讨陈石（大庆钻探工程公司钻井一公司， 黑龙江 大庆 163411）[摘 要] 近年来螺杆钻具在定向井和水平井钻井施工中应用的数量逐渐增多，由于受到多种因素的影响，经常出现螺杆钻具失效的情况，严重影响了石油钻井的施工效率。
本文对近几年螺杆钻具的失效情况进行了统计，从中分析螺杆钻具失效的原因，并制定相应的技术对策，减少了螺杆钻具的失效频率，对提高石油钻井生产效率具有积极作用。
[关键词] 石油钻井；螺杆钻具；失效原因；技术对策作者简介：陈石（1983—），男，黑龙江双鸭山人，大学本科学历，工程师。
在大庆钻探工程公司钻井一公司从事钻井工作。
随着石油钻井中的定向井、水平井钻井技术的进步与发展，螺杆钻具的使用越来越广泛，已经不再局限于直井复合钻井提速，而在定向井、水平井的造斜段和稳斜段使用中均发挥着重要的作用。
但由于螺杆钻具发生失效致使部分定向井、水平井的施工效率低下，因此需要对定向井、水平井施工中螺杆钻具失效原因进行分析，并制定对策。
1 螺杆钻具失效调查分析螺杆钻具在定向井、水平井的使用中失效情况时有发生，笔者统计了某钻井公司2015年以来的所有螺杆钻具失效案例，并对这些螺杆钻具失效案例的失效原因进行分门别类的统计分析后发现，螺杆钻具在定向井、水平井钻井施工中失效形式主要分为以下几种：一是传动轴不能转动、卡死；二是马达定子发生脱胶；三是螺杆钻具最顶端的旁通阀刺漏；四是传动轴发生断裂；五是螺杆钻具本体发生倒扣。
这些不同种类的螺杆钻具失效案例的发生不仅影响了定向井、水平井的钻井施工效率，而且大大增加了钻井成本。
2 螺杆钻具使用中失效原因分析2.1 传动轴不能转动、卡死原因分析通过拆卸失效的螺杆钻具发现，传动轴不能正常转动，最终导致传动轴卡死的直接原因是在传动轴总成的最顶端部位堆积了大量的钻井时产生的岩屑，岩屑的由来一是使用的钻井液性能未能达到施工要求，含砂量高，在停泵接单根过程中由于钻井液的悬浮能力差，导致钻井液中大量的岩屑下沉到传动轴的顶部；另一原因是在下钻过程中片面追求下放速度，导致钻井液中的泥沙倒灌入螺杆钻具的马达中，开泵后大量泥沙集聚堆积到传动轴顶部致使传动轴卡死。
211261567_钻具失效影响因素分析及规范管理对策＊
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2023年第10期·139·文章编号：2095-6835（2023）10-0139-03钻具失效影响因素分析及规范管理对策＊谭雷川（中国石油集团川庆钻探工程有限公司川西钻探公司，四川成都610051）摘要：在川渝地区超深井钻井过程中，由于井眼轨迹复杂、钻压大、转速高、环境苛刻，钻具失效事故频繁发生。
当钻具在井下发生失效问题后，轻则需要起钻更换钻具，重则导致钻具断裂落井需要进行打捞，严重制约了钻井工程的生产时效。
因此，对钻具失效情况进行系统分析，找出川渝地区超深井钻具失效原因，给出钻具失效预防措施，对降低川渝地区超深井钻具失效、全面提升钻井工程的安全性和可靠性有着十分重要的价值。
关键词：超深井；钻具失效；刺漏；失效分析中图分类号：TE921文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2023.10.041随着川渝地区天然气勘探开发的不断深入，为了充分探明灯影组等深部气藏情况，川渝地区钻井规模日益增大，超深井数量逐年增多[1-3]。
在钻井过程中由于井眼轨迹复杂、钻压大、转速高、环境苛刻，钻具失效事故频繁发生，严重制约了钻井工程的安全性和可靠性，造成了严重的生产时效滞后和巨大的经济损失[4]。
因此，对川渝地区超深井钻具失效情况进行分析研究，充分了解钻具失效的机理和原因，制定相应的防范措施，对提高钻具使用寿命，预防井下复杂的发生，降低钻井工程风险有着十分重要的价值[5]。
1国内外研究进展19世纪60年代开始，国外初步开展了金属材料失效方面的探索，吸引了众多的研究者[1-3]。
进入20世纪，EWING 和BASQUIN 基于金属材料失效的理论认识，建立了金属失效与疲劳系数的关系模型，该模型后来在钻具力学失效分析中得到了广泛的运用。
紧接着，开展了钻井液腐蚀、金属疲劳等对井下钻具材质的影响分析，认为提高井下钻具钢级、降低钻井液中腐蚀材料的含量可以有效地降低钻具失效的概率。
钻具螺纹受力及失效形式分析
２ ０ １ ７ 年第２ 期（ 第２ ７巷 ）
・４ ３・
钻 具 螺 纹 受 力及 失效 形 式 分 析
范 浩 思
西部 钻探 公 司 试 油 公 司 ， ｇ ３ ４ ０ ０ ０ 新 疆 克拉 玛 依
李彦 军
西部 钻 探 公 司 测 井公 司
金 鑫
．
／
轻 槽 可 以有效 地 降低 疲劳 破 坏 。在外 螺纹 ， 由于接 头
＿ 口
载荷在各圈牙齿上不均匀分布 ， 使外螺纹最后啮合 区
螺纹 牙受 载最 大 。在 其根 部 加工应 力 减轻 槽 ， 可 以改
＿。
善载荷在螺纹上的分布 ， 使其分配趋 向均匀（ 图３ ） 。
图 ２ 钻具 内外 螺纹 连接 示意 图 内螺纹 模数 的计 算公 式是 ：
ｌ作 音 简 介 ： 助理工程 师， ２ ０ Ｉ ２ － ０ ７毕 业 于 北 京 石 油 化 ３ － 学 院
．
４ ４．
新 疆 石 油 科 技
２ ０ １ ７ 年第２ 期（ 第２ ７ 卷） （ ２ ） 应 力集 中的影 响 。螺 纹根 部都 有一 定 程度 的
应 力集 中现象 ， 易 引起 螺纹 的疲劳 断 裂 。加 工 应 力减
＇ １ －
力
纹
个钻 ｌ 结 构 巾 处于特殊 地 位 ， 受
ｔ
Ｊ ｆ ＝ Ｊ Ｉ ｆ 复杂 ， 螺纹 坏 是钻 事故 的
螺纹受训坝紧 ， Ｊ 、 Ｊ 扭转 、 弯『 １ ｆ ｌ 、 内外 Ｊ 等 多种
静念Ｌ ． ｆ ， ｌ ｃ 动 忿 栽 ： ． 受 到钻 外 泥浆 和 地 层 介 赝 的懈
， 人效的 － ｆ Ｉ ， 连 接蝶 纹 的 火效 艮 火 比
气体钻井钻柱失效统计及影响因素研究
气体钻井钻柱失效统计及影响因素研究全球非常规天然气储量是常规天然气储量的8.5倍，页岩气在非常规天然气中异军突起，引发了能源行业的革命，美国正常页岩气钻井规模每年16000口左右，大规模“工厂化”作业模式成为页岩气开发的新趋势，高效快速的完成页岩气钻井成为新的目标，长宁区块作为国家页岩气开发示范区，在汲取国外页岩气钻井先进经验的基础上，通过新技术实现钻井提速，长宁区块韩家店～石牛栏组地层岩性变化大、可钻性差，气体钻井技术提速效果好，但实施过程中钻柱失效问题尤为突出，严重制约气体钻井技术的应用[1-2]。
针对气体钻井钻柱失效这一技术难题，前人对钻柱失效影响因素的分析主要集中在地质特征、钻具组合、钻头选择、井径扩大等方面[3-4]，较少考虑井眼轨迹设计方面的影响，因此重点分析井眼轨迹设计对气体钻井钻柱失效的影响，为韩家店～石牛栏组地层气体钻井提供一定技术指导。
一、长宁区块气体钻井钻柱失效统计长宁区块自2011年钻成第一口水平井N201-1井，统计已完钻57口水平井，其中在韩家店～石牛栏组层位实施气体钻井的有30口，气体钻井的实施比例达到了52.6%，平均机械钻速6.83m/h，而采用钻井液钻井平均机械钻速仅为3.71m/h，提速效果明显，在实施气体钻井的30口井中，有7口井发生断钻具事故，断钻具的井数占实施井数的23.3%。
断钻具次数达10次，特别是N24-1井断钻具多达4次。
对钻柱失效位置统计，上部钻杆公扣根部位置断裂占40%，另外底部钻柱发生断裂占60%，从钻达层位统计结果分析，石牛栏组钻进过程钻柱失效比例较高，占比70%，韩家店组钻进钻柱失效占比30%，其统计见表1，上述情况表明，气体钻井是该段地层重要的钻井提速技术手段，但钻柱失效问题日益突显。
表1 长宁页岩气韩家店～石牛栏组气体钻井钻柱失效案例统计井号钻达井深(m)钻达层位顶深（m）失效位置失效次数N2-51886石牛栏组551钻杆公扣根部1N4-21758韩家店组565钻杆公扣根部1N6-21716韩家店组1705无磁钻铤母扣台阶 1N6-61979石牛栏组1755加重钻杆母扣根部 12441石牛栏组2325随钻震击器本体 1N11-32757石牛栏组2668钻铤母扣根部1N24-11717韩家店组1706无磁钻铤母扣根部 41994石牛栏组1800加重钻杆母扣根部 2009石牛栏组696钻杆公扣根部2030石牛栏组392钻杆公扣根部二、钻柱失效影响因素分析及对策1.地质特征长宁区块韩家店～石牛栏组气体钻井钻柱失效的7口井中，有5口井是钻达石牛栏组下部地层断钻具，有2口井在韩家店组地层上部钻具断裂，主要原因是韩家店上部岩性为页岩夹灰岩，软硬交错，在气体钻进过程中扭矩波动大，钻柱振动剧烈，石牛栏下部岩性为灰色泥质灰岩，质地坚硬，可钻性差，钻井液钻进平均机械钻速仅有4m/h，实施气体钻井破岩效果差，冲击力大，对钻具造成严重的疲劳破坏。
钻具失效事故的原因分析及对策 - 副本
*杨自林,1960年生,工程师;1981年毕业于重庆石油校矿机专业,一直从事石油钻具、工具技术管理工作,曾发表论文多篇。
地址:(401237)重庆市长寿县云台镇。
电话:(023)40826115。
钻具失效事故的原因分析及对策杨自林* 游华江 蹇宗承(四川石油管理局川东钻探公司)杨自林等.钻具失效事故的原因分析及对策.天然气工业,2000;20(3):57~59摘 要 石油钻柱主要由方钻杆、钻杆、钻铤三大部分组成,因服役条件十分恶劣,使其成为钻井设备工具中的一个薄弱环节。
特别是在深井、超深井及复杂地质环境条件下钻井,钻具失效事故时有发生,四川川东地区仅1996年~1997年间就发生了303次钻具井下断裂事故,造成了很大的经济损失。
防止和减少钻具失效,关键在预防,为此,根据钻柱各部分在井内的受力特点不同将其划分为钻柱井口处、零应力点上部、零应力点附近、零应力点下部四个钻具失效段进行研究,查出其失效的实质及根本原因,提出科学可行的防范措施,有利于全面系统地预防预测钻具失效。
文章从分析钻具在使用过程中的受力情况出发,根据钻柱各部位在井内的受力情况,剖析了四种经常发生的、带共性的钻柱失效的主要特征及根本原因,重点提出了比较可行的、科学的预防这几种常发性钻具失效事故的有效措施和看法。
主题词 钻井 钻井工具 钻具事故 钻柱损坏 分析由于钻柱工作条件十分恶劣和钻柱结构的内在原因,形成了一个薄弱环节,其应力敏感区、敏感点是其频繁发生失效事故的根本所在,特别是在川东地区高硬度、多断层、高含硫、高压力、大倾角的高陡地质环境中打井,每年要发生几十次乃至上百次的钻具失效事故,约占中国石油天然气总公司的1/5~1/6,损失相当惊人。
这些钻具失效事故按其失效特征和原因,以及在钻柱上的不同部位,可归纳为几种常发性和带有共性的钻具失效。
钻具失效一般由钻具本身质量问题或钻具使用管理不当造成。
作为钻具本身质量问题,国内外有关研究机构(如我国石油管材研究所)已开展了大量富有成效的研究工作。