气体钻井钻具失效原因分析及预防措施.docx

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气体钻井是指用空气、氮气、天然气、废气等非凝析气体作为钻井循环流体的钻井，按照所使用的气体可分为空气钻井、氮气钻井、天然气钻井、废气钻井。气体钻井在国外应用已相当广泛，主要用于加快钻速、发现和保护储层，在低压缝洞地层用气体钻井解决长段井漏的钻井问题。

做为一种新发展的欠平衡钻井方式，与传统的钻井液钻井相比较，气体钻井的优势主要体现在以下几个方面：

(1)大幅度提高了机械钻速，延长钻头使用寿命，缩短钻井周期，减少作业及相关费用。

(2)减少了地层损害。

(3)降低了井漏和压差卡钻的风险，具有较好的防斜打快效果。

(4)节省钻井液费用，有利于环境保护。

以普光气体的普301-4井为例。该井为含硫天然气井，设计井深5740米，在700米-3350米井段运用气体钻井技术施工。中原油田钻井管具工程处西南项目部气体钻井技术服务队在气体钻井过程中，仅使用了6只钻头，钻进周期15.71天，与使用常规泥浆钻井技术相比，缩短钻井周期60天-90天，与2008年运用气体钻井技术的普6-3井相比缩短了7天，并创出普光气田钻进相同进尺用时最短、单只钻头钻进机械钻速最高、单只钻头钻进进尺最长等五项纪录。

目前，国内对气体钻井的技术研究重点在钻井工艺、气体钻井液特性、钻井设备以及针对特殊气田区块的应用等，对钻具没

气体钻井钻具失效原因分析及预防措施

张利军1李维2

(1.长庆油田国际事业部印尼项目部陕西西安710016)(2.中国新兴保信建设总公司北京100049)

【摘要】随着气体钻井技术的广泛应用，对气体钻井钻具失效原因及预防措施的研究非常迫切，且具有重要的现实意义。本文阐述了气体钻井的概念及优点，说明了气体钻井钻具失效现状，分析了气体钻井钻具失效原因，提出了钻具失效预防措施。

【关键词】气体钻井钻具失效

有进行系统研究，也没有对气体钻井钻具失效方面的研究和报道。事实上，随着气体钻井技术在国内的推广和应用，钻具失效问题也变得日益突出和严重，阻碍了气体钻井技术的推广应用。随着气体钻井技术的广泛应用，不仅对气体钻井钻具失效原因及预防措施的研究非常迫切，而且具有重要的现实意义。

1气体钻井钻具失效现状

气体钻井所发生的钻具失效现象要比泥浆钻井严重，平均每口井钻具修复率近40%,而一旦钻铤有伤，必须进行切头修扣，导致钻铤使用寿命缩短，钻具成本攀升。

图1为普光2-1井断钻具事故中钻杆断口图。

钻具组合：φ444.5mm空气锤×2.08m+钻铤228mm×6根+接头

731×630×0.48m+无磁钻铤203mm×1根+方保接头411×410×0.50m+下旋塞411×410×0.44m+加重钻杆127mm×12根+钻杆127mm(接在方钻杆下的单根从距母接头7.97米本体处突然断裂，本体拉长约300mm,裂口呈撕裂锯齿状，断口处参差不齐，拉长缩径非常明显)。

2气体钻井钻具失效原因

(1)钻具磨损。在气体钻井过程中，钻具遭受高速岩屑对钻具冲击的“喷砂”作用，加速了钻具磨损。研究表明，气体钻井所产生的岩屑，其大小和喷砂工艺所用的磨料尺寸相当。普光地区地层坚硬，研磨性强，岩屑具有较强的硬度。岩屑在钻铤外环空中的平均返速约为9米/秒，在环空出口能增至38米/秒。地层岩屑的高速冲击，对钻杆的冲蚀作用很强。同

时，气体钻井过程中，钻具与井壁

时，气体钻井过程中，钻具与井壁之间的磨擦为干磨擦，其井壁和

作者简介

张利军(1972-)大学本科，工程师，从事钻井工程工作。岩屑也会加速钻具磨损。

2009.08|石油和化工设备|49

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图1钻杆断口图

(2)化学腐蚀。化学腐蚀的主要介质是空压机注入的空气，以及地层盐水。空气中含有21%的氧气和约1%的二氧化碳，能够对钻具产生腐蚀，这种腐蚀容易引起钻具疲劳、穿孔和断裂，最终导致钻具寿命缩短和井下钻具事故的发生。气体钻井中，地层砂磨损钻具，会使氧化膜遭到破坏。由于钻具直接与空气中的氧气及多种腐蚀性化学剂接触(雾化钻井),腐蚀作用比泥浆严重。如果钻进酸性地层，则腐蚀问题会更为突出。

(3)由工作环境、复合载荷作用引起的失效主要包括疲劳和腐蚀疲劳，在疲劳失效中，有近80%的疲劳源起源于钻具内、外表面的腐蚀坑。因此，钻具的防腐，不

钻铤母扣根部断裂失效的又一主要原因。

(5)钻具振动严重，会加速钻具的疲劳破坏。钻井过程中，钻柱在井眼中会产生纵向振动和扭