69、简述钻柱在钻进中的工作状态。
钻井过程中,钻柱主要是在起下钻与正常钻进这2中条件下工作的。起下钻时,钻柱不接触井底,处于悬持状态。正常钻进时,由于部分钻柱的重量用以给钻头加压,使下部钻柱受力压缩。当钻压较小和在直井条件下,钻柱尚能保持直线状态,但当钻压达到某一数值后便会使下部受压钻柱丧失稳定性而发生弯曲。转盘钻进时,由于整个钻柱在不断地旋转,因而作用在钻柱上的作用力除拉力与压力外,还有因旋转而产生的离心力。离心力的作用将加剧下部钻柱的弯曲,上部钻柱(受拉部分)由于离心力的作用也可能呈现弯曲状态。因此,整个钻柱轴线呈空间螺旋弯曲的曲线形状。
70、什么是钻柱的公转和自转,它们各会出现什么现象?
公转,钻柱像一个刚体,绕井眼轴线的旋转叫做钻柱的公转。公转易使钻柱产生偏磨现象。
自转,钻柱像一根柔性轴,绕自身轴线的旋转叫做钻柱的自转。自转使钻柱均匀磨损。
71、钻柱在井内受到那些不同的载荷?
钻柱在不同的工作状态下受不同的载荷,概况起来有轴线拉力和压力、弯曲力矩、离心力、扭矩、纵向振动、扭转振动和动载荷等力的作用。
72、钻柱工作时哪些部位受力严重?它们都受什么力?
(1)下部钻柱。钻进时下部钻柱同时受到压力、扭矩和弯矩的作用。此外,钻头突然遇阻、遇卡时都会使钻柱受到的扭矩大大增加。
(2)井口钻柱。钻进时井口钻柱所受拉力最大,扭矩最大;起下钻时所受拉力最大,特别是猛提、猛刹还会使井口钻柱受到很大的动载荷。
(3)“中和点”附近钻柱。由于岩性变化、钻头的冲击及纵振、送钻不均匀等因素的影响,使“中和点”频繁上下移动,所以“中和点”附近的钻柱要受到交变载荷的作用,是钻柱受力的严重部位。
73、为什么多数钻杆的破坏发生在距接头1.2m以内的部位?
因为接头与加厚部位的刚度大于本体部分的刚度,在截面变化的部位形成了交变应力作用的薄弱环节,这就是多数钻杆的破坏发生在距接头1.2 m以内部位的原因。
74、有哪些因素引起钻杆的纯疲劳破坏?
(1)在长期的交变应力作用下发生的疲劳破坏;
(2)弯曲了的钻杆下井使用,或者方钻杆本身弯曲,旋转钻柱时必然造成较大的交变应力而导致疲劳破坏;
(3)若天车、转盘和井口三者不对正,也会在方钻杆及钻杆上造成弯曲应力,使之发生疲劳破坏;
(4)海洋钻进过程中,由于钻井船随波浪起伏摇摆也会造成钻柱弯曲,导致疲劳破坏等。
75、钻柱表面伤痕主要有哪些?
(1)卡瓦的咬痕和擦伤;
(2)大钳的咬痕;
(3)旋螺纹链钳的咬痕和擦伤;
(4)印模记号;
(5)橡胶保护器造成的沟槽;
(6)电弧的灼伤;
(7)地层和井下金属碎屑造成的刻痕。
76、钻杆化学腐蚀是如何形成的?
钻井液中含有的氧、二氧化碳及各种可溶性盐类、有机酸等对钻杆的腐蚀,使其管壁变薄,钻杆所能承受的疲劳极限降低,易于发生破坏。此外,腐蚀形成小坑,特别是钢材中的夹渣、疵疤等缺陷更会加剧腐蚀小坑的形成,导致以小坑为中心的应力集中点产生破坏,最后造成钻井液刺穿或折断钻杆等后果。
77、为了减轻钻柱的疲劳破坏,可采取哪些措施?
(1)使钻杆一直处于拉伸状态,使钻铤在钻井液中的重量大于最大钻压;
(2)使用减震器以降低交变应力的最大值;
(3)在弯曲井段,使用厚壁钻杆;
(4)经常检查起下钻工具(吊钳、卡瓦)等工作状态是否完好,防止在钻杆上造成伤痕;
(5)尽可能控制钻井液性能,减少钻井液对钻杆的腐蚀,并可在钻杆内壁涂以塑料树脂等保护层;
(6)定期检查钻杆,发现有裂纹及壁厚变薄等情况应及时采取修复、降级使用或更换等有效措施进行处理。
(7)存放钻杆时,应用淡水清洗钻杆及接头的内外表面,并用防锈化合物涂抹螺纹和接头的台肩部位。
(8)在较深和深井中使用钻杆时,要勤倒换钻具。如采取抽上加下,抽中间加两头等做法以减少钻具的疲劳损坏,提高使用率。
78、目前常采用哪些措施来防止氢脆破坏?
(1)保持一定的钻井液密度,防止地层流体的侵入。
(2)根据井下温度选择好钻井液处理剂,避免处理剂在高温下分解。
(3)避免使用含硫原油及含有硫化物的钻井液添加剂。
(4)如果不能防止硫化氢侵入,则应采取措施控制腐蚀速度,通常采用以下方法;①保持钻井液具有较高的pH(使pH=12或更高),使硫化物在钻井液中处非活性状态,以降低其腐蚀作用。②在钻具内壁涂以塑料保护层或在钻井液中加入缓蚀剂。③在钻井液中加入化学处理剂,例如碳酸锌(ZnCO3)等,使钻井液中的硫化物发生惰性沉淀。 ④使用油基钻井液钻井。
79、井队如何正确使用和管理钻具?
(1)当钻具螺纹不清洁,水眼不通,螺纹损坏和接头磨薄,本体有伤,磨损及弯曲度超过使用标准时,一律不得下井使用。
(2)钻具上下钻台时必须戴好护丝,上螺纹前必须清洗螺纹,检查台肩(因为钻具是依靠接头台肩端面密封的,所以台肩面必须完好无损),然后涂抹清洁的标准螺纹脂。
(3)上卸钻具螺纹时不得将吊钳咬在钻杆本体上,严禁磨螺纹、跳螺纹和用转盘绷螺纹及液压大钳卸螺纹时磨螺纹。入井钻具必须用B型大钳双钳紧螺纹,液压大钳按规定的上紧力矩扭紧。
(4)新车的钻铤、接头螺纹,要坚持磨合到光滑无毛刺后才能下井(螺纹表面光滑及经磷化处理的则不需磨合)。
(5)入井钻具必须丈量好长度、内外径(钻铤、接头及打捞工具等要准确测量,并画草图),做好详细记录。对检查出已损坏的钻具要作出明显记号,便于收集。
(6)严格执行钻具探伤、试压规定。
(7)深井按要求定期倒换钻具。倒换钻杆时要成组倒换,目的是改变钻具的受力情况,使每个立柱轮流在不同的井深承受大小不同的载荷,以延长钻具的使用寿命。起钻时钻杆应错螺纹检查,以防黏螺纹。钻铤立柱按规定时间将所有的螺纹卸开后进行清洗检查。起钻时要做到“四检查”,即井架工检查钻具是否弯曲,内钳工检查钻具内螺纹,外钳工检查钻具外螺纹,内、外钳工共同检查钻具有无损伤(如碰伤、偏磨等)和刺漏等情况。
(8)甩钻杆时必须卸成单根。拉下钻台的打捞工具、配合接头、钻铤提升短节和其他工具均应卸开。
(9)井场钻具必须放在专用管架台上,两端悬空长度不得超过2m,钻铤、方钻杆的悬空长度不得超过1m。井场钻具与其他各种管材必须分类摆放,最多不能超过3层。全部内螺纹接头对齐,接头密封面和螺纹要清洗干净并涂油防腐。
(10)钻具(包括其他管材)上面不得堆放重物及酸、碱等化学药品,现场不用的钻具要定期采取防腐措施,并不得在上面进行电、气焊工作。
(11)钻具使用过程中,不能猛压、猛转,防止蹩跳钻,严防溜钻、顿钻。
(12)处理卡钻事故时,要在安全范围内操作。
(13)因特殊原因需切割钻柱时,应从钻具加厚部位切割。
(14)不得将铁杆等硬物体插进有内涂层的钻杆水眼。
(15)钻井作业中,通过带有内涂层的钻杆水眼的井下钻具及仪器必须带有防护装置,以防损坏内涂层。
(16)在转运、回收、装卸及运输钻具过程中,不得在地面上拖拉和碰撞。在转运方钻杆时,短途使用专用架,长途运输则必须把方钻杆装在套管内,并将两端固定牢靠。