在油气田勘探开发钻井中,尤其是在深井、大位移井、水平井、大斜度井中,钻杆和套管的磨损严重,给油气田带来重大损失。因此,钻井过程中钻杆和套管的磨损及防磨问题,已引起钻井界的密切关注。 磨损的危害 钻井过程中的磨损问题主要是指套管和钻杆的磨损。 套管磨损———它以95/8”和133/8”技术套管最为典型,在这两层技术套管之下81/2”和121/4”井段裸眼段很长,起下钻次数多,旋转小时多,加上井斜和“狗腿”的作用,套管磨损严重。套管磨损的主要形式为偏磨,偏磨后的套管横截面呈月牙型。一方面套管圆周上呈月牙型部位壁厚最薄,导致抗挤强度大大降低。在高地层压力作用下,如果设计的套管安全系数没有足够大,容易导致套管挤毁,造成钻井报废或局部井段报废。另一方面,偏磨套管在抗挤强度降低的同时其抗内压强度也随着降低。在井控及中途测试时,如果没有充分考虑到套管磨损的影响,可能造成严重后果。特别是气井完井井控和测试时,要么冒套管破裂地面窜气的风险,要么提前入套管或下套管后再测试。这不仅造成重大经济损失,而且给加深钻井造成困难或钻不到设计深度。 钻杆磨损———由于钻杆接头的外径大于杆体的外径,因此钻杆的磨损主要表现在钻杆接头的磨损。当井眼曲率较大时,钻杆杆体也会受到磨损。在钻井过程中旋转的钻杆接头和井壁或套管壁不断地摩擦,造成接头的严重磨损,尤其在硬地层或研磨性地层,井段钻杆接头磨损加剧。钻杆接头磨损后其接头壁厚变小,加快了钻杆的降级和报废速度。同时由于接头外径磨损变小,钻杆丝扣强度降低,在钻井过程中容易导致钻杆胀扣、脱扣或钻柱掉入井内,造成井下事故。所有这些都将带来严重的经济损失,从而增加了钻井成本。
防磨综合配套技术 目前,在油气田钻杆、套管防磨方面推广应用有许多配套技术。这里,对防磨综合配套技术作一简述。 其一,钻杆胶皮护箍。为了防止钻井过程中钻杆和套管之间的磨损,在钻杆本体上安装上一个橡胶质的胶皮护箍。由于胶皮护箍的外径大于钻杆接头的外径,在钻进的过程中,钻杆接头不和套管内壁接触,磨损作用在胶皮和套管上,由于胶皮比套管软得多,因此主要的磨损由胶皮来承受而套管不会受到磨损,同时也避免了钻杆接头的磨损。 在使用胶皮护箍时,为了充分发挥其作用,首先要选择质量可靠的产品,另外要注意及时更换,高温下胶质护箍容易老化失效。实践证明胶皮护箍可以有效地防止套管和钻杆的磨损,但是由于其容易老化掉块造成井下复杂(如卡钻、井眼不清洁、蹩泵等),较大外径的护箍造成井眼环空变小、影响井眼清洁,寿命较短,裸眼中胶皮护箍增加井下不安全因素及不适合于裸眼中使用等因素的影响,在实际的钻井工程中钻杆胶皮护箍没有得到很好的推广。 其二,滚珠套防磨技术。滚珠套防磨技术的基本原理是在钻杆本体上套上一个能转动的带滚珠的套子。同样套筒的外径大于钻杆接头的外径,它实际上是把钻杆接头与套管间的滑动磨擦去掉,变为滚动磨擦。在设计原理上它比胶皮护箍更进一层,但是由于加工和选材上存在较大的难度,加工成本高,加工质量很难稳定,阻碍了推广应用。 其三,非旋转防磨接头。该防磨接头直接连接在钻柱上,在接头位置形成支撑,避免钻杆接头直接磨损套管,并通过外滑套和心轴之间的轴承来防止套管磨损,同时降低钻井扭矩。由于加工和价格的因素,此类工具国内使用较少,并且使用者基本都是租赁进口国外产品。 其四,钻杆耐磨带技术。防止钻杆和套管磨损的一个最基本的原理是避免钻杆和套管的直接接触,在钻杆接头上加焊耐磨带也是一项有效的防磨技术。作为传统碳化钨钻杆耐磨带技术的全面提升,美国安科耐磨带技术现已在油气田广泛应用。这一新型的平衡防磨技术,是通过凸焊方式在钻杆的母接头上敷焊一层厚3mm、宽70mm左右的安科钻杆耐磨带涂层,把钻杆与套管隔离,从而有效地保护套管和钻杆。由于美国安科耐磨带涂层的特殊耐磨性,在钻井过程中,可减少套管磨损85%-95%,并提高钻杆接头的寿命300%,同时降低井下钻具旋转阻力,降低扭矩达30%。此外,美国安科耐磨带涂层仅增加接头外径6mm左右,对于保持井眼清洁、避免井下复杂等有很大益处。 目前,在国内外油气田应用较多的主要是钻杆胶皮护箍和钻杆耐磨带技术,而相比之下,美国安科钻杆耐磨带技术以其独特的钻杆、套管双向保护的特点,使它在全世界占了80%的市场份额。
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