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第30卷第2期钻井工程·75·

普光高含硫气田气体钻井钻具断裂损坏机理

黄志强1黄继亮1李琴1宋嘉宁杨凤申2徐晓蓉3魏武?许期聪?

1.西南石油大学机电工程学院2.中国石油东方地球物理勘探有限责任公司

3.中国石化胜利油田分公司鲁明石油开发有限责任公司4.中国石油天然气集团公司川庆钻探工程公司

黄志强等.普光高含硫气田气体钻井钻具断裂损坏机理.天然气工业，2010,30(2):75-77.

摘要针对普光气田气体钻井过程中存在的钻具断裂频繁的问题，在对现场事故统计分析的基础上，从特殊的钻井介质、不同的破岩方式以及钻井过程中钻柱共振等方面定性分析了钻具断裂的原因；通过对钻具断口宏观、微观及材质分析，找到了钻具断裂失效的规律和主要形式——疲劳断裂。提出以下建议：①结合气体钻井情况，研制适合气体钻井工况的专用钻具，制定符合气体钻井钻具的新的API标准；②开展牙轮钻井条件下，钻柱纵振对钻具疲劳断裂的量化影响，尤其应考虑不同钻压下钻柱纵振对钻具疲劳断裂的作用机理研究。以期为预防气体钻井钻具断裂、降低钻井成本、推广应用气体钻井技术提供理论依据。

关键词深井超深井气体钻井钻具断裂疲劳断裂机理DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.02.019

0引言

气体钻井是在钻井过程中以压缩气体作为循环介质来实现钻进的欠平衡钻井技术，最初探索于20世纪50年代，受配套技术与装备的限制，该技术一度被搁置，直到20世纪90年代，气体钻井技术才真正开始起步和发展[1-2]。相对于钻井液钻井，其优势在于能够大幅度提高机械钻速，减少或避免井漏、井斜控制等[3-6]。

鉴于以上优点，近年来，气体钻井技术在我国油气田的应用越来越广泛，尤其在普光气田的应用，取得了显著成效(见表1),已成为加快该气田勘探开发的核心钻井技术，应用前景良好。

表1气体钻井与钻井液钻井在普光气田的应用对比情况表

钻井方式

常规钻井液钻井常规空气钻井空气冲旋钻井

井号

普光A-2井普光D-1井普光2-2井

平均机械钻速

4.15m/h8.50m/h17.63m/h

钻压

10~16t6～14t0.5～4.0t

井斜控制

井斜2°~4°

与钻压有关

井斜2°~4°与钻压相关

井斜小于1°

但是，在气体钻井现场应用中，钻具断裂频繁，严重地影响了气体钻井优势的充分发挥，成为制约该技术推广应用的瓶颈。为此，对普光气田气体钻井过程中断钻具情况进行了统计分析，对其断裂损坏机理进行了研究，以期为预防气体钻井钻具断裂、降低钻井成本、推广应用气体钻井技术提供参考。

1气体钻井钻具断裂统计分析

截至2008年8月25日，普光区块实施气体钻井共计40口井，其中26口井(占总井数的65%)发生钻具断裂(钻杆、加重钻杆、钻铤、空气锤钻头)53起(见表2),平均每口井发生断钻具2次；其中，P305-2井发

表2普光气田气体钻井钻具断裂统计表起

钻具断裂牙轮钻头钻井空气锤钻井PDC钻头钻井合计

钻杆

22

5

27

加重钻杆

6

6

钻铤

11

1

12

空气锤钻头

8

8

合计

39

13

1

53

基金项目：中国石化应用基础研究项目“气体钻井钻具损坏规律及工艺参数优化研究”(编号：p07043)。

作者简介：黄志强，1968年生，教授，博士；1990年毕业于原西南石油学院机械专业；从事石油天然气钻采装备和冲旋钻井装备及工艺和设备表面工程的研究工作。地址：(610500)四川省成都市新都区西南石油大学设备处。电话：(028E-mail:huangzq@

·76·天然气工业2010年2月

发生了断钻具6次，钻具断裂落井，处理不成功导致填井侧钻4起。钻具频繁断裂不仅大大降低了气体钻井的提速效果，而且给井下安全带来了隐患[3-6]。

统计分析发现，普光气体钻井钻具断裂有以下规律：

1)牙轮钻头钻进比空气锤钻头钻进钻具断裂失效概率高。截至2008年8月25日，普光气田气体钻井总进尺为110524.48m,空气锤累计进尺为59947.48m,占气体钻井总进尺的54.2%,空气锤钻进过程中发生钻具断裂失效13井次，钻具断裂发生频率1次/4611.3m。而