淺談油田井下鉆具配置的注意事項

張國棟，張?zhí)烀鳎瑥埿?/p>

（中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司管具與井控技術(shù)服務(wù)分公司，天津 300270）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國家工業(yè)化形勢明顯，人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中所需能源量也不斷增加，這就對我國能源開采以及資源開發(fā)工作提出了更高的要求。鉆井等井下技術(shù)的發(fā)展能夠提升油田開發(fā)的科學(xué)性，提高資源利用率的同時保護(hù)周圍自然環(huán)境。井下鉆具長期處于復(fù)雜的地質(zhì)工作環(huán)境以及受力狀態(tài)中，需承載彎曲、拉伸、壓縮等多種負(fù)荷，如果技術(shù)人員在進(jìn)行井下鉆具配置工作的時候?qū)τ阢@具受力狀態(tài)以及工作狀態(tài)的了解不足就會導(dǎo)致鉆具長期處于旋轉(zhuǎn)摩擦的狀態(tài)，增加鉆具失效的概率，進(jìn)而引發(fā)安全事故。對此，技術(shù)人員應(yīng)關(guān)注鉆具配置的技術(shù)要點，強(qiáng)化油田井下鉆探安全管理，主動識別井下鉆探工作的危險因素，提前采取合適的手段規(guī)避危險問題，在提高資源利用率的同時保障鉆探工作的安全性。

1 油田井下鉆具配置的注意事項

1.1 鉆具配置失效類型

通過對油田井下鉆具配置工作情況的統(tǒng)計與分析可以將其失效情況分為以下幾個類型。

第一種是鉆具脆斷導(dǎo)致的配置失效。而鉆具脆斷又能夠被分為低應(yīng)力脆斷、過載脆斷以及疲勞脆斷三種。其中的低應(yīng)力脆斷指的是鉆具在工作期間需要較長的時削，在這個過程中鉆具將會反復(fù)承受荷載力，一旦其中部分鉆具的材質(zhì)或者制造工藝未達(dá)到要求，那么就一定會導(dǎo)致脆斷問題。過載脆斷則指的是技術(shù)人員在鉆探的過程中使用了強(qiáng)拉的模式，導(dǎo)致鉆桿承受作用力過大，甚至出現(xiàn)超過自己承載范圍的情況，這樣也比較容易導(dǎo)致斷裂現(xiàn)象。疲勞脆斷指的是鉆具螺紋出現(xiàn)斷裂，再加上應(yīng)力影響導(dǎo)致螺紋個別載面承受應(yīng)力過大，這樣就會導(dǎo)致脆斷問題的出現(xiàn)。

第二種類型則為表面磨損問題，該問題一般因鉆具螺紋表面腐蝕而起，由于螺紋需要進(jìn)行旋合與上扣，因此在碰撞過程中就容易出現(xiàn)磨損問題。另外，鉆井施工過程中鉆桿與井的內(nèi)壁也會出現(xiàn)摩擦碰撞的情況，進(jìn)而增加鉆具表面的磨損程度。最后一種就是表面機(jī)械損傷情況，一般因鉆具施工過程中被其他機(jī)械碰撞或者咬傷而起，比如鉆具焊接施工過程中就有可能因操作失誤導(dǎo)致鉆具出現(xiàn)損傷問題。

1.2 鉆具失效的原因

以上介紹了鉆具配置失效的現(xiàn)實類型，本段則接著分析導(dǎo)致井下鉆具配置失效問題的原因。最主要就是鉆具淺層全角變化率問題，由于鉆具在操作施工過程中會出現(xiàn)復(fù)雜的應(yīng)力作用，比如鉆柱的主要受力，離心力、彎曲力、擠壓力等，一旦鉆具淺層全角變化率發(fā)生改變，以上復(fù)雜應(yīng)力的結(jié)果也會發(fā)生巨大的變化，對鉆具狀態(tài)造成影響。根據(jù)鉆井工作手冊要求，鉆具螺紋上扣扭矩的上緊程度應(yīng)高于限定值的90%，以免操作中出現(xiàn)連接過松的情況，導(dǎo)致鉆具紋面出現(xiàn)嚴(yán)重磨損。再加上荷載問題，還容易導(dǎo)致鉆具螺紋脹大。除此之外，鉆具本體應(yīng)力積累也會影響鉆具工作狀態(tài)，由于油田鉆井持續(xù)工作時間比較久，因此鉆柱將會受到循環(huán)應(yīng)力影響，長期積累之后就會導(dǎo)致永久性的損傷，鉆柱應(yīng)力集中的部位則會出現(xiàn)疲勞性損傷，進(jìn)而出現(xiàn)裂紋情況。

2 鉆具配置的要點

2.1 嚴(yán)格遵循使用規(guī)范

要想保障油田井下鉆具的合理配置與有效施工，技術(shù)人員應(yīng)嚴(yán)格遵循相關(guān)配置與施工規(guī)范，避免違規(guī)操作，重視鉆具配置的要點。比如，技術(shù)人員需在雙鉗和人鉗咬合的位置使用單吊鉗進(jìn)行卸扣和緊扣處理，這樣才能夠保障鉆具的工作狀態(tài)，以免出現(xiàn)鉆桿打滑的問題，維持其表面的光滑度。其次，技術(shù)人員在開展鉆探施工之前應(yīng)開展實地勘察工作，對整個工程進(jìn)行全面的規(guī)劃與細(xì)節(jié)性的描繪，保障鉆具使用的有效性與完整性。此外，由于鉆具持續(xù)使用之后會出現(xiàn)磨損問題，因此技術(shù)人員需采取錯位起鉆的工作模式，盡量保障螺紋的完整性。針對鉆具的日常維護(hù)與檢修工作，技術(shù)人員應(yīng)形成合理的檢修計劃，加強(qiáng)日常維護(hù)，延長鉆具使用的壽命，并使用淡水對其進(jìn)行清潔處理。每次施工結(jié)束之后，技術(shù)人員需對鉆具性能與結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，并根據(jù)其工作情況調(diào)整檢修計劃，詳細(xì)記錄鉆具各項數(shù)據(jù)資料，為之后的檢修工作提供數(shù)據(jù)參考。

2.2 優(yōu)化鉆井運(yùn)行軌跡

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，技術(shù)人員也逐漸將信息技術(shù)、自動化技術(shù)以及智能化技術(shù)融入油田井下鉆探工作中來，在正式實施鉆井操作之前，技術(shù)人員可以利用數(shù)字化技術(shù)構(gòu)建完整的運(yùn)行軌跡模型，并將鉆井所需的各種參數(shù)與要求輸入計算機(jī)模型中，了解鉆具工作狀態(tài)下的受力情況，通過模型的模擬分析明確鉆具的行進(jìn)軌跡以及側(cè)向力集中位置。技術(shù)人員可以根據(jù)模擬受力的結(jié)果調(diào)整鉆具全角變化率，采取鏈?zhǔn)皆O(shè)計的方法提高鉆具工作受力的均勻性，以免出現(xiàn)失效問題。該操作能夠保障鉆具運(yùn)行工作的流暢性，同時還能夠預(yù)防側(cè)向摩擦失效問題，進(jìn)一步提升鉆井施工的安全性與可靠性。

（1）實時監(jiān)控鉆井參數(shù)。技術(shù)人員不僅需要關(guān)注鉆具在井下的工作狀態(tài)，同時還應(yīng)該采取實時監(jiān)控技術(shù)對井下井上全工作過程進(jìn)行把控。當(dāng)鉆具鉆速達(dá)到臨界值時就會出現(xiàn)鉆桿共振的問題，導(dǎo)致鉆桿應(yīng)力值大幅度增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過限定值范圍，這樣就會引發(fā)嚴(yán)重的磨損與疲勞現(xiàn)象。

對此，技術(shù)人員在施工操作時需要建立預(yù)警機(jī)制，一旦鉆速接近臨界值且鉆柱振動頻率出現(xiàn)幾何倍數(shù)增長的時候就自動調(diào)整鉆具的鉆壓與鉆速，將整個鉆具的工作狀態(tài)穩(wěn)定下來，避免過度磨損。針對鉆具蹩轉(zhuǎn)問題，技術(shù)人員可以使用循環(huán)鉆井液進(jìn)行處理，通過上下活動將鉆具底部的鉆屑進(jìn)行清理，保持鉆具正常的工作狀態(tài)。另外，當(dāng)泥漿體系的凈化能力較強(qiáng)且密度較低時，選舉的鉆速能夠得到一定程度的提升，進(jìn)而提高整個鉆井操作的效率。當(dāng)泥漿礦化硬度的pH值處于8.5左右時，環(huán)境對鉆具的腐蝕性將有所改善。因此技術(shù)人員還可以從泥漿體系入手，進(jìn)行全面把控與調(diào)整，降低泥漿的固相含量，改善鉆具工作狀態(tài)。

（2）合理適配鉆鋌鉆桿。對于鉆具的鉆鋌，技術(shù)人員應(yīng)使用液壓大鉗進(jìn)行上扣處理，以免在使用中出現(xiàn)漲扣或者螺紋破損等問題。其次，技術(shù)人員還應(yīng)根據(jù)工程要求優(yōu)化鉆具的螺紋結(jié)構(gòu)模式，充分應(yīng)用LET螺紋技術(shù)提升鉆具接頭的品質(zhì)，增加鉆具的承載能力，減少扭矩，增長鉆具使用壽命。技術(shù)人員還可以在允許的范圍內(nèi)增加鉆鋌的尺寸，這樣就能夠強(qiáng)化內(nèi)外部螺紋彎曲幅度的強(qiáng)度比值，進(jìn)而改善鉆具探傷的性能，提高操作施工的效果。此外，技術(shù)人員還可以將螺紋封脂將螺紋涂在臺肩面上，在鉆柱的頂部加設(shè)懸浮器和減震器，這樣就能夠防止鉆柱出現(xiàn)縱向振動，固定鉆具的位置，保障施工的效果。針對鉆具鉆桿，技術(shù)人員應(yīng)采取分級處理的方法，針對已經(jīng)出現(xiàn)明顯破損的鉆桿進(jìn)行及時更換，在其噴頭位置噴焊耐磨的材料，重點保護(hù)結(jié)構(gòu)外徑，這樣就能夠降低工作過程中泥漿對鉆具的腐蝕，提高鉆具耐用性以及鉆探工作效率。

4 油田井下鉆探的危險因素與安全管理要點

4.1 危險因素

（1）環(huán)境因素。油田井下鉆探工作的水文地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜，這也是導(dǎo)致鉆探工作出現(xiàn)危險的關(guān)鍵因素，也是技術(shù)人員應(yīng)重點注意的問題。當(dāng)鉆具開展井下鉆探工作的時候，其高速旋轉(zhuǎn)的鉆桿會對地應(yīng)力產(chǎn)生擾動，進(jìn)而破壞其原本的動態(tài)平衡狀態(tài)。而油田井下的地質(zhì)環(huán)境原本就比較復(fù)雜，因此在應(yīng)力作用下可能會出現(xiàn)區(qū)域應(yīng)力集中的現(xiàn)象，一旦積聚的應(yīng)力超過該區(qū)域的最大承載力時就會出現(xiàn)能量驟然釋放的情況，進(jìn)而出現(xiàn)沖擊地質(zhì)性災(zāi)害，對井下工作人員造成極為嚴(yán)重的影響，甚至危及生命財產(chǎn)安全。（2）管理因素。經(jīng)過調(diào)查可知，油田井下鉆探施工的一線工人大多不具備相關(guān)專業(yè)資質(zhì)，其中很多都是經(jīng)過短暫培訓(xùn)之后就持證上崗了，這樣的工人對于實際施工環(huán)境、危險因素的認(rèn)知非常有限，因此并不具備安全管理與技術(shù)調(diào)整的能力。再加上現(xiàn)場安全管理的缺失，很多項目在施工過程中采取“一桿打到底”的方法，針對實際鉆探工作中出現(xiàn)的問題并不能夠及時反饋和處理，缺乏應(yīng)對突發(fā)事件的能力，導(dǎo)致整個項目的危險系數(shù)增加，為事故發(fā)生埋下隱患。除此之外，施工現(xiàn)場的技術(shù)人員很多并未具備豐富的操作經(jīng)驗，對于相關(guān)地質(zhì)情況的調(diào)查和了解不足，常常存在使用書本知識應(yīng)對實際問題的情況，這也是不可取的。（3）設(shè)備因素。鉆具是鉆探作業(yè)的主體，鉆探工作對于鉆具結(jié)構(gòu)、性能、質(zhì)量等各個方面的要求都非常高，如果鉆具設(shè)備自身無法滿足油田井下施工的條件，那么就很難保障工程的效果與安全。傳統(tǒng)的鉆機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍比較小，主軸的通孔直徑比較小，整體工作強(qiáng)度比較低，很難滿足當(dāng)前對于深井鉆探的工作要求。尤其是在超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中，鉆具斷裂與失效問題異常嚴(yán)重，需要引起人們的重視。處理鉆具自身性能與品質(zhì)之外，技術(shù)人員的操作與維護(hù)行為也會影響鉆探工作的效果，比如全程使用干清水進(jìn)行沖洗，無計劃停水導(dǎo)致雜質(zhì)無法及時排出，都會影響鉆具的受力與工作情況。

4.2 安全管理要點

（1）優(yōu)化鉆探工藝。經(jīng)過上文分析可知，傳統(tǒng)鉆具自身的強(qiáng)度較低，轉(zhuǎn)速適應(yīng)能力比較差，因此很難滿足當(dāng)下的深井鉆探要求，此時就可以引進(jìn)先進(jìn)的鉆探設(shè)備與鉆探工藝，促進(jìn)井下鉆探技術(shù)的發(fā)展。比如金剛石無芯快速鉆進(jìn)技術(shù)就是一種先進(jìn)的鉆探技術(shù)，能夠完成安全有效的鉆井工作。

（2）加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)。技術(shù)人員在工程施工之前應(yīng)仔細(xì)檢查鉆具螺栓、螺母以及繩索的穩(wěn)固性，保障鉆具各個傳動連接部位的防護(hù)裝置都具有良好的密閉性，同時還需要測試鉆具升降狀態(tài)，保障鉆具的良好運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)工程施工的要求，技術(shù)人員還可以進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)測試，在測試階段發(fā)現(xiàn)鉆具運(yùn)行過程中的潛在安全隱患并提前進(jìn)行調(diào)整與消除。技術(shù)人員在鉆探工作過程中還需要觀察鉆桿的振動情況，合理判斷鉆具工作狀態(tài)，同時根據(jù)實際施工需求及時調(diào)整沖洗液的種類與用量，避免單一沖洗液的長期使用。此外，技術(shù)人員還需要制定鉆具設(shè)備維護(hù)計劃，定期測試鉆具各結(jié)構(gòu)的磨損情況，對其表面出現(xiàn)的裂紋進(jìn)行強(qiáng)度測試，及時采取相應(yīng)的處理措施，提升鉆具的抗拉強(qiáng)度，滿足施工需求。

（3）強(qiáng)化安全管理。現(xiàn)場施工與安全管理是保障油田井下鉆探工作的基礎(chǔ)，因此管理人員應(yīng)完善現(xiàn)場安全管理制度，建立健全安全交底、安全事故責(zé)任追究以及目標(biāo)考核等制度，進(jìn)一步規(guī)范現(xiàn)場施工流程，以免出現(xiàn)違規(guī)操作現(xiàn)象，保障鉆探工作的正常開展。管理人員應(yīng)進(jìn)一步明確各職位員工的權(quán)責(zé)，對工作人員進(jìn)行教育。只有強(qiáng)化對人員的管理，才能夠提升其職業(yè)責(zé)任，實現(xiàn)各崗位之間的默契配合，保障最終鉆探工作的效果。最后，鉆探施工單位還應(yīng)加強(qiáng)一線操作人員的專業(yè)培訓(xùn)，提升其綜合素養(yǎng)與安全意識，在鉆探施工過程中能夠保持耐心認(rèn)真的態(tài)度，通過觀察初步判斷作業(yè)運(yùn)行情況，提升人員應(yīng)對無法事件的能力，保障鉆探工作的安全開展。

（4）實現(xiàn)信息化管理。信息技術(shù)的應(yīng)用能夠打破時間與空間上的限制，為管理溝通打造互動平臺，提高信息傳遞的便捷度，實現(xiàn)無紙化辦公。數(shù)據(jù)共享平臺能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸，進(jìn)而幫助施工人員了解不同區(qū)域井下工具的分布以及實際使用情況，實現(xiàn)動態(tài)管理與協(xié)作發(fā)展，促進(jìn)資源的合理配置。

5 結(jié)語

綜上所述，油田鉆井工作的安全性與效率都將受到鉆具配置的影響，技術(shù)人員應(yīng)充分了解鉆具本身的機(jī)構(gòu)、受力情況以及套管摩擦等問題，根據(jù)工程的實際鉆探需求把握各個技術(shù)環(huán)節(jié)，進(jìn)一步明確鉆具薄弱的環(huán)節(jié)，提前采取預(yù)防管理措施，進(jìn)一步提升鉆具的運(yùn)行效率，保障鉆井工作的安全性。