淺談鉆具的使用與管理

常吉星

摘 要：目前，摩擦焊鉆桿在水文、地質(zhì)、石油、天然氣等行業(yè)被廣泛應(yīng)用。由于使用環(huán)境、人員水平等因素的影響，在施工過(guò)程中難免出現(xiàn)諸多本可避免的問(wèn)題，這無(wú)形中影響了施工進(jìn)度、提高了施工成本，加重了企業(yè)負(fù)擔(dān)。如果現(xiàn)場(chǎng)鉆具使用、維護(hù)不當(dāng)，甚至有可能造成鉆具斷裂、井眼報(bào)廢等較為嚴(yán)重的后果。希望本文對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)鉆具的使用、維護(hù)與管理以及降低鉆具事故的發(fā)生能夠有所幫助。

關(guān)鍵詞：鉆桿;使用;失效;注意事項(xiàng);維護(hù)管理

鉆桿被廣泛應(yīng)用于水文勘察、地質(zhì)鉆探、油氣勘探等多個(gè)領(lǐng)域，鉆桿作為整個(gè)鉆柱的重要組成部分，在鉆進(jìn)過(guò)程中起著舉足輕重的作用。鉆桿質(zhì)量的優(yōu)劣，保養(yǎng)、維護(hù)的好壞對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用效果、鉆具事故的發(fā)生、施工成本等都有著重要影響。下面筆者僅就摩擦焊鉆桿的使用及在施工現(xiàn)場(chǎng)的維護(hù)管理，談一下自己的粗淺認(rèn)識(shí)。

目前，國(guó)內(nèi)石油天然氣行業(yè)較常用的鉆桿管體主要有：E75、X95、G105和S135四種鋼級(jí)，鉆桿接頭材料大多為SAE4137H，鉆桿管體外徑為2 3/8″～6 5/8″，具有多種規(guī)格。鉆桿的鋼級(jí)越高，強(qiáng)度也越高，承載能力也越強(qiáng)。但需要注意的是：在選擇鉆桿時(shí)，并不是強(qiáng)度越高越好。因?yàn)樵阢@井液介質(zhì)中，隨著鋼級(jí)的升高，鉆桿的腐蝕疲勞強(qiáng)度反而會(huì)降低，即：在腐蝕環(huán)境中，高鋼級(jí)鉆桿對(duì)腐蝕介質(zhì)更為敏感，腐蝕疲勞強(qiáng)度下降的也更多，更容易發(fā)生腐蝕疲勞斷裂事故。建議使用者依據(jù)“在滿足強(qiáng)度要求的前提下，盡可能選擇低鋼級(jí)鉆桿”這一原則，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際選擇最合適的鉆具來(lái)進(jìn)行鉆井作業(yè)，這樣既降低了采購(gòu)成本，又減少了事故發(fā)生的幾率。

1 摩擦焊鉆桿的整體結(jié)構(gòu)

摩擦焊鉆桿由內(nèi)、外螺紋接頭與鉆桿管體通過(guò)摩擦焊接的方式連接成一個(gè)整體。鉆桿在轉(zhuǎn)盤或動(dòng)力頭的帶動(dòng)下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，把動(dòng)力傳遞給孔底的鉆頭，并將鉆井液送達(dá)鉆頭的切削面，鉆桿在整個(gè)鉆井施工中占據(jù)著非常重要的位置。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)鉆桿生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的摩擦焊鉆桿所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)主要有兩種：中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5114-2014以及國(guó)際上比較認(rèn)同的美國(guó)石油學(xué)會(huì)推行的API 5DP鉆桿規(guī)范。這兩種標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鉆桿管體、接頭、摩擦焊區(qū)等各部分的參數(shù)、性能指標(biāo)都做出了明確要求，使用者可將此做為鉆桿選擇及質(zhì)量評(píng)判的主要參考依據(jù)。

2 施工現(xiàn)場(chǎng)鉆具的使用與管理：

2.1 鉆桿下井前注意事項(xiàng)

鉆桿在下井使用前，應(yīng)按規(guī)格并將內(nèi)螺紋接頭朝著鉆臺(tái)方向整齊擺放在距地面0.3m以上且擁有足夠架墩的活動(dòng)鉆桿管架上，防止水、濕氣、泥土等對(duì)鉆桿造生銹蝕;鉆桿管架要保持平行并在同一水平面上，以防止鉆桿產(chǎn)生彎曲變形;位于管架兩頭的鉆桿要用塞塊予以卡緊，防止鉆桿滾動(dòng)、跌落。

鉆桿上鉆臺(tái)前，應(yīng)首先對(duì)鉆桿接頭螺紋及臺(tái)肩密封面進(jìn)行徹底清理、檢查，確認(rèn)完好后，方可下井使用。在鉆桿上、下鉆臺(tái)過(guò)程中，鉆桿接頭一定要佩戴好護(hù)絲（建議使用鋼制護(hù)絲），以防止接頭螺紋及臺(tái)肩面在提拉過(guò)程中產(chǎn)生磕碰、損傷。

鉆桿在沿滑道上鉆臺(tái)的起吊過(guò)程中，絞車應(yīng)盡可能保持勻速，在鉆桿離開(kāi)滑道時(shí)，要用軟繩索進(jìn)行人工攔阻，防止發(fā)生磕碰。

在井口進(jìn)行接單根作業(yè)前，要再次對(duì)接頭螺紋和臺(tái)肩密封面進(jìn)行清洗和檢查，在確認(rèn)沒(méi)有問(wèn)題后，再將含有60%細(xì)金屬鉛粉或40～60%細(xì)金屬鋅粉的石油鉆具專用絲扣油足量、均勻地涂抹到接頭螺紋及密封臺(tái)肩面上（孔口母接頭的螺紋和臺(tái)肩面也要足量、均勻涂抹專用絲扣油），同時(shí)要防止沙塵及其它異物混入絲扣油中，影響護(hù)絲油性能或劃傷螺紋及臺(tái)肩密封面。

2.2 鉆桿使用中的注意事項(xiàng)

新鉆桿初次下井使用時(shí)，建議在井口以稍低于規(guī)定值的扭矩對(duì)接頭進(jìn)行兩次擰卸操作，確認(rèn)接頭螺紋及密封面完好后，再足量、均勻涂抹好絲扣油并按規(guī)定扭矩將接頭螺紋上緊，隨后下井使用。這種磨合扣的操作有利于強(qiáng)化螺紋表面硬度，增強(qiáng)螺紋的抗粘扣性能，延長(zhǎng)鉆桿的使用壽命。

井口對(duì)接鉆桿時(shí)，要進(jìn)行人工扶正引扣，防止公接頭沖擊到母接頭端面或螺紋，造成損傷;隨后用鏈鉗進(jìn)行人工認(rèn)扣，引入不低于兩扣后再用液壓動(dòng)力鉗按規(guī)定扭矩將鉆桿接頭螺紋上緊（鋼級(jí)、規(guī)格、水眼大小不同，所需要的上扣扭矩也不一樣，一定要認(rèn)真加以區(qū)別對(duì)待）。

每次下井前，都要對(duì)鉆桿立柱進(jìn)行倒換卸扣，使得每對(duì)接頭都能夠在三次起下鉆過(guò)程中得到一次上卸扣操作，以使每件接頭螺紋都能夠得到及時(shí)檢查，減少粘扣、脫扣、刺漏等問(wèn)題的發(fā)生。同時(shí)，也要定期對(duì)上、下部鉆具位置進(jìn)行倒換，以改變鉆具的受力狀態(tài)，使整套鉆具各部分的受力趨于一致，以此提高鉆具的使用壽命，減少鉆具早期失效事故的發(fā)生。

鉆進(jìn)過(guò)程中，要根據(jù)地層、井徑、下部鉆具配置等情況，選擇合理的轉(zhuǎn)速和鉆壓，以保證鉆具處于理想的工作狀態(tài)，收到滿意的鉆進(jìn)效率。當(dāng)鉆桿的旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速，鉆桿旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的縱向、橫向、扭轉(zhuǎn)三種形式的振動(dòng)頻率與鉆桿自身的固有頻率相吻合時(shí)，會(huì)引發(fā)共振，使孔內(nèi)整個(gè)鉆柱處于嚴(yán)重失穩(wěn)狀態(tài)，并使之承受額外的疲勞應(yīng)力，從而加速鉆具的疲勞失效;鉆壓越大，井底鉆頭受到的阻力也越大，容易發(fā)生蹩卡鉆情況，當(dāng)所加鉆壓超過(guò)鉆具的臨界鉆壓時(shí)，鉆具便會(huì)產(chǎn)生彎曲，造成井斜及下部鉆具螺紋疲勞斷裂等后果。

鉆桿在具有腐蝕性的環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)時(shí)，可采取在鉆井液中加入除氧劑和緩蝕劑;提高鉆井液的PH值，使其達(dá)到10以上;選用抗硫鉆桿;使用含有內(nèi)涂層的鉆桿;在滿足強(qiáng)度要求的前提下，盡可能地選用低鋼級(jí)鉆桿等相應(yīng)措施，來(lái)降低腐蝕因素對(duì)鉆具的影響。

在井口對(duì)鉆桿進(jìn)行拆卸螺紋操作時(shí)，起初要使用低速檔，同時(shí)大鉤彈簧要保持一定的拉力，以保證兩接頭螺紋表面間不承受壓力。接頭螺紋完全脫開(kāi)后再上提大鉤，以防拉傷螺紋，這樣也可防止上部鉆桿在彈簧力的作用下與井口的母接頭發(fā)生沖擊、磕碰。

2.3 鉆桿使用后的維護(hù)管理

鉆井作業(yè)完成后，將鉆具按不同的規(guī)格、壁厚、水眼大小、鋼級(jí)、分類等級(jí)，整齊地?cái)[放在鉆桿管架上。及時(shí)用清水對(duì)鉆具的內(nèi)、外表面，接頭螺紋，以及臺(tái)肩密封面進(jìn)行徹底清理、沖洗并吹干。檢查鉆桿表面有沒(méi)有裂紋、刻痕，螺紋是否完好，接頭是否存在偏磨，臺(tái)肩面是否平整、有無(wú)擦傷，管體是否存在彎曲和擠咬傷，鉆桿內(nèi)、外表面是否存在腐蝕、麻坑等缺陷。如果條件允許的話，應(yīng)不定期對(duì)鉆桿管體進(jìn)行超聲波探傷，對(duì)螺紋部位進(jìn)行磁粉探傷，以降低接頭螺紋斷裂、鉆桿管體刺漏等失效事故的發(fā)生幾率。沒(méi)有問(wèn)題的鉆具要在螺紋及臺(tái)肩密封面涂抹好防銹油，戴好護(hù)絲，做好各項(xiàng)防護(hù)措施。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)將存在問(wèn)題的鉆桿用油漆做好標(biāo)記并分開(kāi)存放，防止誤用。并及時(shí)對(duì)存在問(wèn)題的鉆桿進(jìn)行修復(fù)、替換，以免影響后期施工作業(yè)。對(duì)于長(zhǎng)期露天存放不用的鉆桿，要用防雨苫布進(jìn)行遮蓋，并定期檢查鉆桿內(nèi)外表面的腐蝕情況，做好防潮、防腐工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹瑋，王偉.加強(qiáng)庫(kù)存材料管理方法的探討[J].沿海企業(yè)與科技，2005（04）.

[2]SY/T 5369-2012石油鉆具的管理與使用[S].中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).國(guó)家能源局，2012.8.23.

[3]蔣希文.鉆井事故與復(fù)雜問(wèn)題[M].北京：石油工業(yè)出版社，2006.10.

[4]李鶴林，馮耀榮.石油管材與裝備失效分析案例集[M].北京：石油工業(yè)出版社，2006.9.

[5]李克向.鉆井手冊(cè)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1990.

[6]甘奎峰.基于鉆具管理策略的研究[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012（03）.