氣體鉆井過(guò)程中鉆桿沖蝕影響因素及對(duì)策分析

沈仁祿（渤海鉆探管具技術(shù)服務(wù)分公司， 河北 任丘 062552）

氣體鉆井過(guò)程中鉆桿沖蝕影響因素及對(duì)策分析

沈仁祿（渤海鉆探管具技術(shù)服務(wù)分公司， 河北 任丘 062552）

氣體鉆井就是采用氣體作為攜沙介質(zhì)，取代泥漿鉆井，能夠大幅提高鉆進(jìn)速度。氣體鉆井主要用于非儲(chǔ)層鉆進(jìn)，其機(jī)械鉆進(jìn)速度能夠比常規(guī)泥漿鉆進(jìn)速度提高2-8倍，是低油價(jià)時(shí)代重要的降本技術(shù)。氣體鉆井過(guò)程中氣、固兩相流對(duì)鉆桿沖蝕作用極強(qiáng)，造成鉆井風(fēng)險(xiǎn)大幅提高，可能造成不可估量的后果。文章主要分析了氣體鉆井對(duì)鉆桿的磨損機(jī)理、影響因素及對(duì)策分析。

氣體鉆井；鉆桿磨損；原因；對(duì)策分析

1　鉆桿偏心程度的影響

在氣體鉆井過(guò)程中，由于氣體不同于泥漿，鉆桿會(huì)在井筒內(nèi)隨機(jī)波動(dòng)，即鉆桿位置不是固定的，會(huì)與中心位置發(fā)生偏離，偏離程度我們用偏心度來(lái)度量。偏心度不同，氣-固流體對(duì)鉆桿的沖蝕速率不同。由于鉆桿偏離中心，必然導(dǎo)致鉆桿距井筒兩邊距離不一樣，距離較小的一端稱為窄流道，距離較大的一端稱為寬流道。經(jīng)過(guò)模擬可知，當(dāng)偏心度為0.1、0.3、0.5、0.8時(shí)，其寬流道的沖蝕速率分別為1.9×10-1kg/（m2·s）、1.2×10-1kg/（m2·s）、0.8×10-1kg/（m2·s）、和0.5×10-1kg/（m2·s）。因此，鉆桿偏心度越大，其寬流道受到的沖蝕速率基本成線性降低。當(dāng)偏心度為0.1、0.3、0.5、0.8時(shí)，其窄流道的沖蝕速率分別為2.1×10-1kg/（m2·s）、2.5×10-1kg/（m2·s）、2.8×10-1kg/（m2·s）、和3.2×10-1kg/（m2·s），這說(shuō)明，鉆桿偏心度越大，其窄流道受到的沖蝕速率基本成線性增加。另外，在偏心度不斷增大的過(guò)程中，鉆桿受到的最大沖蝕速率也不斷增加。因此，偏心度越大，鉆桿受到氣-固兩相沖蝕的程度越大。

2　井徑擴(kuò)徑程度的影響

鉆井過(guò)程中由于地質(zhì)條件不同，巖心不同，都會(huì)造成不同程度的擴(kuò)徑。井徑擴(kuò)大之后，對(duì)于氣體鉆井而言，其偏心程度更加嚴(yán)重。通過(guò)仿真模擬，得到結(jié)果為：當(dāng)擴(kuò)徑15%，25%和35%、45%時(shí)，鉆桿的平均沖蝕速率分別為2.1×10-1kg/（m2·s）、2.3×10-1kg/（m2·s）、2.8×10-1kg/（m2·s）、和3.5×10-1kg/（m2·s），說(shuō)明隨著擴(kuò)徑程度的增加，鉆桿受到的平均沖蝕速率不斷增加，而且擴(kuò)徑越嚴(yán)重，沖蝕速率增加速率越快。在擴(kuò)徑程度與沖蝕速率在普通坐標(biāo)中為拋物線，在雙對(duì)書(shū)坐標(biāo)中為直線。

3　機(jī)械鉆速的影響

鉆桿在巖石中機(jī)械鉆速越快，其與巖石磨損的程度越大。但是機(jī)械鉆速對(duì)鉆桿沖蝕影響程度較低。通過(guò)仿真模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：機(jī)械鉆井速度為10m/h、20m/h、30m/h和35m/h時(shí)，氣-固流體對(duì)鉆桿的沖蝕速率分別為1×10-1kg/（m2·s）、2.5×10-1kg/（m2·s）、3.8×10-1kg/（m2·s）、和4.5×10-1kg/（m2·s），二者基本成線性關(guān)系。說(shuō)明機(jī)械鉆速越快，氣-固流體對(duì)鉆桿的沖蝕速率越快，沖蝕程度越嚴(yán)重。例如當(dāng)機(jī)械鉆速為35m/h時(shí)比10m/h，氣-固流體對(duì)鉆桿的沖蝕速率增加3.5倍。機(jī)械鉆井速度為10m/h、20m/h、30m/h和35m/h時(shí)，攜巖氣流的平均速度分別為6×10-1kg/（m2·s）、5.5×10-1kg/（m2·s）、4.2×10-1kg/（m2·s）、和3×10-1kg/（m2·s），表明隨著機(jī)械鉆速增加，攜巖氣流的平均速度逐漸降低。

4　氣體注入速度的影響

氣體鉆井過(guò)程中氣體注入速度對(duì)鉆桿磨損具有重要的作用。有模擬結(jié)果可知：當(dāng)注氣速度為0.3m3/h、1m3/h、1.5m3/ h、2m3/h和2.3m3/h時(shí)，鉆桿沖蝕速率分別依次為：1.1×10-1kg/（m2·s）、0.15×10-1kg/（m2·s）、0.1×10-1kg/（m2·s）、0.05×10-1kg/（m2·s）和0.06×10-1kg/（m2·s）?？梢?jiàn)，隨著注氣速度的增加，鉆桿沖蝕速率逐漸降低，而且在直角坐標(biāo)中，注氣速度與充實(shí)速率成雙曲線關(guān)系，及隨著注氣速度的增加，鉆桿沖蝕速率降低速度先快后慢，最后趨于平緩。但是實(shí)際的鉆進(jìn)過(guò)程中，注氣速度一般都大于1m3/h，因此，注入速度的改變對(duì)鉆桿沖蝕速率的影響較低。例如當(dāng)注入速度為2.3m3/h時(shí)，鉆桿沖蝕速率僅僅比注入速度為1m3/h時(shí)降低了0.1×10-1kg/（m2·s）。

5　鉆桿沖蝕預(yù)防方法

根據(jù)以上分析可知，偏心程度和擴(kuò)徑程度對(duì)鉆桿沖蝕的影響效果較強(qiáng)，機(jī)械鉆速和氣體注入速度對(duì)鉆桿沖蝕的影響效果較弱。建議采用低速鉆井方式，低速鉆井可以有效降低鉆桿的離心力，避免鉆桿在井筒中的橫向擺動(dòng)。另外建議采用空氣錘鉆井，該方法可以有效的防止鉆井過(guò)程中井身偏斜。該兩種方式結(jié)合可以有效的降低偏心對(duì)鉆桿的沖蝕的影響。擴(kuò)徑對(duì)鉆桿沖蝕的影響程度僅次于偏心的影響。當(dāng)擴(kuò)徑程度較大時(shí)可以加大注氣速度，用注氣速度改變井筒中流場(chǎng)分布，降低擴(kuò)徑對(duì)鉆桿沖蝕的影響程度。

［1］明鑫，練章華，林鐵軍，等.氣體攜巖對(duì)鉆桿接頭沖蝕規(guī)律研究［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，36（3）：173-178.

［2］祝效華，劉少胡，童華.氣體鉆井鉆桿沖蝕規(guī)律研究［J］.石油學(xué)報(bào)，2010，31（6）：1013-1017.

［3］林鐵軍，練章華，陳世春，等.氣體鉆井中氣體攜巖對(duì)鉆桿的沖蝕機(jī)理研究［J］.石油鉆采工藝，2010，32（4）：1-4.

沈仁祿（1982- ），男， 畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)鉆井工程專業(yè)， 助理工程師，主要 從事鉆具管理工作。