钻具失效原因分析1

【技术论坛】钻具失效分析及预防钻井过程中，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。人们着手分析钻具失效问题，加强对钻具的使用、检测与管理，以减轻这一问题的影响。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。经中石油管材研究中心调查发现，70%的事故是由钻杆内加厚过渡区部位刺穿或断裂引起的。从表面看，钻杆内加厚过渡区部位的失效有3种表现形式，即裂纹、刺穿和断裂，但实质上都是同一种失效。钻杆被刺穿是因为泥浆在高压作用下穿过裂纹的缝隙，由于泥浆穿过这种缝隙时的高速流动，进一步扩大了该裂纹，并使之变成孔洞。因此，刺穿的先决条件是已存在裂纹，多处刺穿孔洞连成一片，大幅度降低了钻杆的承载能力而导致断裂。钻杆外壁的腐蚀较轻并且均匀，而钻杆内壁表面的腐蚀很不均匀，内加厚过渡区与管体交界处的腐蚀较严重，有许多点蚀坑，而裂纹正起源于这些点蚀坑底部。有内涂层的钻具内壁腐蚀会减轻很多，但内加厚过渡区与管体交界处的内涂层易被冲蚀。钻杆内壁的腐蚀以点蚀为主，钻杆出井时其内壁不可避免地残留有泥浆或井下腐蚀介质，如果在存放前未及时冲洗，会使钻杆内涂层剥落的部位产生点蚀，因腐蚀环境是开路系统，能充分吸收空气中的氧气而使腐蚀加速。在以后的钻井过程中，在点蚀坑底部这个应力集中的地方产生初始裂纹。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。应力腐蚀破裂是金属在拉应力（外加应力或残留应力）和腐蚀介质的共同作用下引起的一种破坏形式（如氢脆）。石油钻具的工作条件恶劣，受力复杂，一旦失效损失严重。采取有效措施提高钻具的使用寿命意义重大。根据钻具的失效类型和原因分析，疲劳（包括腐蚀疲劳）失效和腐蚀（包括应力腐蚀）失效是钻具失效的最主要的形式。引起钻具失效的原因很多，包括钻具质量和使用管理的许多方面。因此，钻具失效的治理也应从多方面着手，综合治理。使用专用检测仪器，通过对钻具的外观尺寸、磨损情况、腐蚀情况、螺纹及内外损伤情况等将钻杆分成几个等级，不同级别的钻杆用于不同的井深。根据分级情况，可尽量做到钻杆物尽其用。国外油田对下井工具的检验非常重视，并且有许多专业的检测服务公司从事此项工作。在现场对正在使用的钻具定期检验已是世界各国钻井作业中的一项重要的安全措施，因为在基地检验合格的钻具在井下工作一段时间后可能由于一些原因导致降级或有损伤，若没有及时发现并更换，有可能导致钻杆失效造成井下事故。相比之下，国内在这方面有不小差距，基本都是在钻具回收后自行检测，有能力做钻杆全程检测的油田也不多，还没有树立第三方检测的意识。钻具失效的类型多种多样，其失效原因各不相同，为了提高钻具的使用寿命，须从钻具的检验、合理使用、管理等全过程的每一环节抓起，采取多种手段，推广提高钻具使用寿命的新工艺、新技术，进行综合治理。40