1、鉆具是如何煉成的作者:日期:鉆具是如何煉成的-工程論文鉆具是如何煉成的工欲善其事，必先利其器，行業(yè)綜合能力的提升離不開裝備及工具技 術(shù)的發(fā)展。石油鉆井就是打通地面和油氣層通道的過程，包括破碎巖石、取出巖 屑保護(hù)井壁、固井完井并形成油氣通道三個(gè)過程。 俗話說：鉆頭不到，油氣不冒。 鉆桿就是為鉆頭傳遞扭矩（即傳遞動(dòng)力）、輸送泥漿、并不斷推動(dòng)鉆頭鉆進(jìn)的管 柱。鉆桿長(zhǎng)什么樣子？鉆桿包括管體和接頭，由三部分組成：一根兩端加厚的無縫管材，與一個(gè) 帶外螺紋的公接頭和一個(gè)帶內(nèi)螺紋的母接頭。 三者通過摩擦焊接組合在一起。鉆 桿的長(zhǎng)度和直徑習(xí)慣上用英制來表示 （這是歷史遺留問題，因?yàn)樽畛醮蟛糠帚@井 裝備都是引進(jìn)英

2、美國(guó)家的），國(guó)內(nèi)常用的鉆桿長(zhǎng)度為31英尺（9卜99米）；常見鉆 桿的直徑為 2-3/8、2-7/8、3-1/2、4"、4-1/2、5、5-1/2 。鉆桿有多長(zhǎng)實(shí)際上鉆桿有三種標(biāo)準(zhǔn)尺寸：第一級(jí) 6475米；第二級(jí)9 1-9.9米，第三級(jí)11 5 14米。那為什么國(guó)內(nèi)通常都采用第二級(jí)？為了提高工 作效率，通常會(huì)將3根鉆桿連接起來，形成一柱鉆桿。而國(guó)內(nèi)井架二層平臺(tái)高度 通常為27米左右，第二級(jí)尺寸的鉆桿一柱的長(zhǎng)度剛剛好！短鉆桿通常用來“湊數(shù)”，例如，打一口 95米的井，10根9米的長(zhǎng)鉆 桿和1根5米的短鉆桿就剛剛好。加長(zhǎng)鉆桿在俄羅斯、加拿大等地比較受歡迎，因?yàn)楫?dāng)?shù)販囟鹊汀l件惡劣， 加長(zhǎng)鉆

3、桿可以減少起下鉆的次數(shù)、提高效率。鉆桿是怎樣煉成的?易開采的油氣資源不斷消耗，環(huán)境惡劣、地質(zhì)條件苛刻的油氣井?dāng)?shù)量逐年 增加。鉆桿在井下需要承受高溫高壓、化學(xué)腐蝕、高強(qiáng)度拉力和扭矩的考驗(yàn)；管 體內(nèi)鉆井液、環(huán)空反排泥漿混合著砂石在大排量、高壓力下不斷沖擊、磨損著鉆 桿，鉆桿是如何承受的？練就一付好身板要從原材料開始：大部分鉆桿廠商都不自己煉鋼，往往向 鋼鐵廠訂購(gòu)原材料（鋼管和接頭）。鉆桿廠商在拿到訂單后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求來選 定鋼材的配比方案。常用的是“銘鋁鋼”，為了達(dá)到特定要求，還會(huì)添加鍥、硅、 鈾等元素。鋼鐵廠會(huì)根據(jù)配比方案向鉆桿廠生產(chǎn)、供貨。鉆桿執(zhí)行API5DP（ AmericanPetrole

4、um Institute，美國(guó)石油學(xué)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)中將鋼材根據(jù)強(qiáng)度劃分為 E75、X95、G105、S135,有的甚至用到V150。 鋼材的等級(jí)越高，強(qiáng)度越大。在鋼材中添加碳、銘、鈕、鋁等不同的元素，可提 高鋼的強(qiáng)度和硬度，還可以提升高溫機(jī)械性能，使其具有良好的抗氧化性和抗腐 蝕性。鉆具鋼級(jí)的選擇需要“因地制宜”。鋼級(jí)越高，機(jī)械強(qiáng)度越大，包括抗拉、 抗扭、抗擠壓強(qiáng)度等性能均會(huì)提高。但與此同時(shí)，因?yàn)樘荚睾康脑黾樱矔?huì) 帶來不好的影響：一方面鋼抗腐蝕能力變差，所以對(duì)于一些含硫化氫、二氧化硫 和二氧化碳較高的井則無法使用；另一方面鉆具的塑性及韌性會(huì)變差，當(dāng)遭遇水 平井鉆井“狗腿”處大角度彎曲的考

5、驗(yàn)時(shí)，就容易發(fā)生斷裂，因?yàn)樘嗬玻∷栽谠嘏浔葧r(shí)，要綜合考慮鋼材的強(qiáng)度、韌性和塑性，根據(jù)施工要求“因地制 宜”。原材料進(jìn)廠，開始加工啦！鉆桿的加工包括三大部分：管體加工，接頭加 工，摩擦焊接加工。總體而言，有三方面因素決定了鉆桿品質(zhì)的優(yōu)劣： 原材料的配方、關(guān)鍵生 產(chǎn)工藝技術(shù)的差別、質(zhì)檢環(huán)節(jié)的控制。原材料的配方已經(jīng)無需多言，重點(diǎn)聊一聊生產(chǎn)工藝技術(shù)。主要包括：管體加厚工藝。為了保證鉆桿的整體強(qiáng)度，需要在焊接前，增加該處的壁 厚，有內(nèi)加厚、外加厚和內(nèi)外加厚三種加厚方式。接頭加工包括熱處理和螺紋加工。熱處理工藝包括淬火、回火工藝。先將 接頭加熱到900 C （不同廠家溫度有所不同），保持一段時(shí)間，然

6、后快速冷卻。 之后再次加熱到600 C左右并冷卻（鋼材組織結(jié)構(gòu)由“馬氏體”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盎鼗鹚?氏體”）。熱處理的目的就是為了提高管材的硬度、強(qiáng)度、耐磨性及韌性等。熱 處理后需要檢驗(yàn)接頭的各項(xiàng)機(jī)械性，符合要求的接頭才能進(jìn)行螺紋加工。 加工出 的螺紋起到連接作用，臺(tái)肩面旋緊可以起到密封作用。為了保證鉆桿之間實(shí)現(xiàn)精 確對(duì)接，需要對(duì)加工好的接頭逐一檢查（螺紋的緊密距、螺距、錐度、牙高） 。 在實(shí)際使用過程中螺紋容易出現(xiàn)粘扣（卡死、擰不開）現(xiàn)象，所以最后要對(duì)螺紋 進(jìn)行鍍銅、磷化、上卸扣等處理。管體的外徑尺寸不同，對(duì)應(yīng)接頭的螺紋扣型也 會(huì)不同。目前2-3/8到5的鉆桿接頭普遍采用數(shù)字型螺紋，5-1/2acut

7、e;到6-5/8 鉆桿接頭采用貫眼型螺紋。另外，由于鉆桿接頭比管體粗，所以在鉆井過程中接 頭更容易磨損，為了延長(zhǎng)使用壽命，常常會(huì)在接頭處焊接耐磨帶。焊接耐磨帶工 藝也十分重要。最關(guān)鍵的工藝一一摩擦焊接。管體和接頭吻合后，將接頭高速轉(zhuǎn)動(dòng)并施加壓力，劇烈摩擦產(chǎn)生高熱量，實(shí)現(xiàn)接頭和管體的緊密融合，當(dāng)然收尾還需把焊 接毛刺去除。利用電磁感應(yīng)對(duì)焊縫進(jìn)行中頻加熱， 線圈處是電磁感應(yīng)最集中的地 方，加熱到960 C只需要30多秒。鋼材導(dǎo)熱速度沒這么快，所以接頭處形威了灼燒火紅色區(qū)域。這個(gè)過程可以提高接頭處鋼材的機(jī)械性能。另外，質(zhì)檢環(huán)節(jié)的控制也不容忽視。質(zhì)檢工作其實(shí)是伴隨著鉆桿生產(chǎn)的各 個(gè)環(huán)節(jié)。例如：在完成管

8、端加厚工藝時(shí)，需要對(duì)加厚的管端進(jìn)行質(zhì)檢；接頭完成 熱處理后，要質(zhì)檢；車完螺紋也要質(zhì)檢用多種儀器和手段消除不合格產(chǎn)品， 這是高質(zhì)量鉆桿廠商成本高的原因之一。鉆桿的使用鉆桿畢竟是干苦活兒、臟活兒、累活兒的，即使鋼材品質(zhì)高、加工工藝強(qiáng)、 質(zhì)檢嚴(yán)格也難免出現(xiàn)鉆桿管體斷裂和刺漏（鉆桿被泥漿刺破） 、鉆桿螺紋失效等 狀況。具體原因可以歸納為：首先是鉆桿的金屬疲勞，也就是鉆桿到達(dá)使用年限 或者超過了其最大使用強(qiáng)度。其次鉆井現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件復(fù)雜，當(dāng)出現(xiàn)各種意外事故 時(shí)（如井下落魚、工作人員操作失誤等情況），也有可能導(dǎo)致鉆桿彎曲變形或斷 裂。如何避免鉆桿“英年早逝”？鉆具在使用中整套鉆具組合的最下部分承受的交變應(yīng)力

9、及扭矩是最大的， 特殊井中處于“狗腿”處的鉆具也極容易損壞， 這些都會(huì)造成同批鉆具的損耗程 度不同。參考木桶理論，整套鉆具的穩(wěn)定性不是由最強(qiáng)的決定， 而是由最薄弱的 那一根決定。所以在實(shí)際工作中需要根據(jù)鉆井的難度和使用頻率合理的使用同批 次鉆桿，這樣可以延長(zhǎng)鉆具使用壽命。在鉆進(jìn)過程中應(yīng)時(shí)刻注意鉆機(jī)和鉆桿的狀 況，一旦出現(xiàn)卡鉆、抱死等現(xiàn)象，應(yīng)立即停鉆或回鉆后緩慢鉆進(jìn)，防止鉆桿彎曲 變形。完成作業(yè)后，應(yīng)及時(shí)清洗鉆桿上的污泥，尤其是在酸堿地區(qū)，應(yīng)重視防腐 工作。出現(xiàn)嚴(yán)重問題應(yīng)回廠返修或及時(shí)報(bào)廢。止匕外，制定鉆具保養(yǎng)周期、定期對(duì) 其進(jìn)行防銹防塵處理，可延長(zhǎng)鉆桿的使用壽命。新型鉆具層出不窮近年來水平井、

10、深井和超深井、大位移井及特殊井逐年增長(zhǎng)，傳統(tǒng)意義上的鉆桿已不能完全滿足使用要求。對(duì)具備高強(qiáng)度、高韌性、智能化、數(shù)字化、防腐蝕、高溫、高扭度、高靈敏度鉆桿的需求日益旺盛。因此，研發(fā)并推廣新型鉆 桿更符合產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展趨勢(shì)。雙臺(tái)肩高抗扭鉆桿。這種鉆桿主要有兩大優(yōu)點(diǎn)：一是抗扭強(qiáng)度比API標(biāo)準(zhǔn)接頭提高30%到50% ;二是水眼增大，5”鉆好頭水眼可以由2-3/4 增大到3-1/4 ”。因此這種鉆具滿足大排量、高泵壓、高扭矩鉆井作業(yè)，適用于 鉆探深井、超深井、大斜度井和水平井智能鉆桿。由美國(guó)格蘭特（Grant）公司首先研制，在鉆桿接頭部植入芯片,鉆井過程中實(shí)時(shí)傳遞井下信息，地面上的儀器同步分析，可以提高效率鋁合金鉆桿。主要優(yōu)點(diǎn)是重量輕，