石油鉆桿介紹ppt課件

1、石油鉆桿,制作： 2009年2月1日,主要內(nèi)容,一.鉆桿的組成和規(guī)格 二.鉆桿的制造工藝 三.鉆桿的質(zhì)量控制及檢驗 四.BHNK鉆桿新產(chǎn)品新技術(shù) 五.鉆桿的失效類型、原因和預(yù)防措施,一.鉆桿的組成及規(guī)格,1.鉆桿的用途 (1)向下部鉆具傳遞驅(qū)動扭矩。 (2)傳輸鉆井液。 (3)處理井下事故時懸掛工具,2.在鉆柱中的位置,頂驅(qū)鉆井時不使用方鉆桿,3.鉆桿組成,4.鉆桿規(guī)格,1)按鋼級分:(最小屈服強(qiáng)度KSi) E75 75 X95 95 G105 105 S135 135 V150 150（API標(biāo)準(zhǔn)中沒有，廠家開發(fā),2)按管端加厚形式分,3)API鉆桿尺寸（管體外徑） 2-3/8”、 2-7/

2、8”、 3-1/2”、 4”、 4-1/2”、 5”、 5-1/2”、 6-5/8” 有些用戶要求生產(chǎn)非API標(biāo)準(zhǔn)的5-7/8”鉆桿。 國內(nèi)用戶定貨一般使用米制單位書寫鉆桿規(guī)格 API鉆桿規(guī)定了3個長度級別 1級 18-22FT 2級 27-30FT 3級 38-45FT 我國油田使用2級長度鉆桿 API鉆桿同一尺寸還規(guī)定了不同的公稱重量，壁厚是不同的，通過接頭刻槽來標(biāo)識,4)API鉆桿接頭尺寸,API要求鉆桿接頭抗扭強(qiáng)度與管體抗扭強(qiáng)度比不能低于0.8， 接頭鋼級為120KSi，所以不同鋼級和尺寸鉆桿所配接頭尺寸 不同,二.鉆桿制造工藝,軋管和管端加厚,鉆桿接頭制造,鉆桿摩擦壓接過程,三.鉆桿

3、質(zhì)量控制及檢驗,1.質(zhì)量控制 (1)API對鉆桿鋼材的化學(xué)成分沒有做明確的規(guī)定,只是對硫(S)和磷(P)含量 規(guī)定不能大于0.030%，其他元素由鋼廠決定，煉鋼水平、工藝控制和元素配比直接影響到鋼的純凈度和鋼的淬透性，最終影響鉆桿的綜合性能。 (2)管體的軋管、管端加厚和接頭的機(jī)械加工（主要是螺紋加工）工藝、設(shè)備和質(zhì)量控制水平?jīng)Q定鉆桿的幾何尺寸。 (3)管體軋管和管端加厚過程中的加熱控制、管體整體熱處理、接頭熱處理和焊縫熱處理控制水平直接影響鉆桿成品的綜合機(jī)械性能，比如沖擊韌性、硬度分布和抗疲勞性能。 (4)管端加厚內(nèi)過渡帶成型控制水平是影響鉆桿管體疲勞刺穿的主要因素,2.BHNK鉆桿生產(chǎn)的質(zhì)

4、量控制,BHNK鉆桿生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)是在1995年從有30多年鉆桿生產(chǎn)經(jīng)驗的日本NKK(現(xiàn)JFE鋼鐵株式會社)引進(jìn)的，在世界屬于一流。管體全部從NKK采購，接頭大部分采購日本大同特鋼和理研鍛造公司通過精密模鍛工藝制造的毛坯，在公司生產(chǎn)過程中嚴(yán)格控制各種工藝參數(shù)，保證產(chǎn)品質(zhì)量。 關(guān)鍵工序質(zhì)量控制簡介： （1）接頭熱處理 鉆桿接頭熱處理：采用可控氣氛保護(hù)輥底爐進(jìn)行，根據(jù)工件尺寸制定熱處理制度，自動控制爐膛溫度、滯爐時間、淬火回火時間，保證工件批量性能均勻，不脫、滲碳，變形小。 自動布式硬度機(jī)100%檢查硬度，電腦自動判定，避免了人為誤差,接頭熱處理爐,2)接頭螺紋加工：使用日立精機(jī)生產(chǎn)的鉆桿接頭專用

5、數(shù)控機(jī)床，雙刀架加工，生產(chǎn)效率高，使用日本東芝成型刀片，保證螺紋單項參數(shù)穩(wěn)定,100%基準(zhǔn)距檢查，10%螺距、錐度、牙高檢查，保證產(chǎn)品螺紋連接的互換性和可靠性,3)摩擦壓接：連續(xù)推進(jìn)式摩擦壓接機(jī)，自動記憶壓接參數(shù)，經(jīng)多次優(yōu)化的壓接工藝參數(shù)，保證了焊縫熔接質(zhì)量,4)焊區(qū)熱處理：使用中頻線圈加熱，采用NKK獨(dú)創(chuàng)的焊區(qū)熱處理窄化技術(shù)，減小熱影響寬度，保證了每一道焊縫的質(zhì)量,自動控制升溫、加熱時間、風(fēng)冷時間，自動控制溫度，保證了焊區(qū)機(jī)械性能和金相組織的穩(wěn)定,5)焊區(qū)無損檢測：100%進(jìn)行磁粉和超聲波檢測，全自動超聲波探傷儀具有自動判定和報警功能，保證不放過一個超標(biāo)缺陷,6)檢驗和試驗制度 公司根據(jù)產(chǎn)品

6、特點(diǎn)，制定了如下制度： （1）對采購的原材料進(jìn)行按比例抽檢，項目包括外觀尺寸、探傷檢查、化學(xué)元素、機(jī)械性能、金相組織以及特殊要求的性能指標(biāo)。 （2）對崗位實行巡檢制度，按5%的比例進(jìn)行抽檢，發(fā)現(xiàn)不合格立即糾正。 （3）接頭、焊區(qū)嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)要求的頻次進(jìn)行破壞性試驗，定期統(tǒng)計、分析試驗數(shù)據(jù)，評價產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。 （4）對檢測設(shè)備和計量儀器定期校準(zhǔn),3.鉆桿檢驗,1)管體部分 BHNK與原管廠家簽定供貨技術(shù)協(xié)議,規(guī)定各鋼級和各種尺寸管體的化學(xué)成分、尺寸公差、機(jī)械性能指標(biāo)、非金屬夾雜物指標(biāo)、無損檢測要求以及產(chǎn)品標(biāo)識，在到貨后進(jìn)行按比例抽檢。 A.化學(xué)成分、非金屬夾雜物、機(jī)械性能執(zhí)行定期抽檢，不進(jìn)行每批

7、抽檢。 B.幾何尺寸每批按10%抽檢。 C.無損檢測按每批5%抽檢。 API SPEC 5D重點(diǎn)檢測方法介紹： 重量驗證 用電子稱稱量與管體所噴重量對比。 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定重量上限 通過公式計算整批和單根重量 WL=（WpeXL）Xew,壁厚：用超聲波測厚儀測量，每根管子多測幾點(diǎn)，尤其打磨凹坑部位，不能低于壁厚的87.5%。 API標(biāo)準(zhǔn)用壁厚下限和重量上限來約束軋管水平。 直徑：用外徑游標(biāo)卡尺測量。 偏心：用鞍型規(guī)測量，要測量180度方向的最大值，不能大于2.36,直度:用拉鋼絲的方法在加厚以外部分找最大炫高，不能大于0.2%，管端5FT范圍內(nèi)不能大于0.125in，一般用5FT的鋼板尺測量。 管端尺

8、寸用游標(biāo)卡尺和鋼板尺測量，最難測量的是內(nèi)過渡帶消失（Miu）尺寸，用輪廓儀劃曲線的方法測量，但也不夠準(zhǔn)確，尤其要求的R300mm，目前沒有好的方法測量,無損檢測：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用幾種能夠檢測缺陷的方法，主要是在生產(chǎn)過程中使用自動探傷設(shè)備檢測，到貨抽檢人工超聲波探傷，用N5刻槽校對儀器，縱向缺陷比較容易發(fā)現(xiàn)，橫向缺陷工作量太大。 (2)接頭部分 接頭毛坯日本廠家采用精密模鍛制造，國內(nèi)廠家采用沖壓方法制造，相比之下精鍛的方法毛坯金屬流線分布合理，提高了接頭的抗疲勞性能。國產(chǎn)接頭毛坯質(zhì)量已經(jīng)過關(guān)，并且產(chǎn)量很大，有很大的出口量。 接頭機(jī)械性能：通過選用優(yōu)質(zhì)的原材料，經(jīng)過適合的熱處理（淬火+回火及調(diào)制處理）

9、保證。 APISPEC 7中只規(guī)定了拉伸性能和硬度檢查要求，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)增加了沖擊韌性指標(biāo)，并且開始對母接頭的橫向沖擊功進(jìn)行要求,鉆桿接頭取樣和試驗位置圖,幾何尺寸：在API SPEC 7標(biāo)準(zhǔn)表-7中，對各種規(guī)格接頭尺寸做了規(guī)定，并且規(guī)定了公差，在機(jī)械加工過程中，比較容易保證。表中的大鉗區(qū)長度是標(biāo)準(zhǔn)的，用戶定貨時為了接頭修扣，一般進(jìn)行加長要求，最多的要求加長7”。 標(biāo)準(zhǔn)中母接頭內(nèi)徑尺寸由生產(chǎn)廠選定。 接頭螺紋尺寸和形式在標(biāo)準(zhǔn)中有明確的規(guī)定，見表-25 表-26 螺紋形式有：內(nèi)平（IF） 貫眼（FH） 正規(guī)（REG） 數(shù)字（NC） 螺紋形式不同，牙形和尺寸不同，其中部分IF 與NC可以等效連接。 在

10、螺紋加工中重點(diǎn)控制的三項參數(shù)是： 螺距 錐度 緊密距,螺距測量方法,PIN,BOX,錐度測量方法,PIN,BOX,量規(guī)量值傳遞,緊密距測量：把校對合格的工作量規(guī)用適當(dāng)?shù)呐ぞ匦显诋a(chǎn)品螺紋上，測量量規(guī)測量面與產(chǎn)品密封面之間的距離，要求測量180度方向兩點(diǎn)，測量值小于下限時，可以車密封面，大于上限值時，重新加工螺紋。 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：測量緊密矩應(yīng)該在螺紋加工后沒有進(jìn)行涂層處理前進(jìn)行，由于鍍銅或磷化引起的緊密矩變化不能作為拒收的理由。 量規(guī)量值傳遞系統(tǒng)要求是非常嚴(yán)格的,3）壓接部：在API SPEC 7 -39版以前，對壓接部沒有要求，40版開始做出要求，廠家對摩擦壓接作為特殊過程進(jìn)行控制。 A.對工藝進(jìn)

11、行評定、對人員資格進(jìn)行鑒定、對過程參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。 B.對壓接部力學(xué)性能、彎曲試驗、沖擊韌性、硬度上限進(jìn)行規(guī)定。 C.對壓接部無損檢測方法進(jìn)行規(guī)定,拉伸試樣,沖擊試驗,硬度試驗（HRC,壓接部尺寸重點(diǎn)控制是外徑尺寸，不能超過尺寸上限，因為母扣端要在起下鉆時與吊卡配合，不規(guī)則容易造成吊卡打開困難。 對焊同軸度也是一項重點(diǎn)控制指標(biāo)，不大于3.18mm,四.BHNK鉆桿新產(chǎn)品新技術(shù) 5”內(nèi)平外加厚鉆桿 此新產(chǎn)品是2006年公司與塔里木油田、西南石油學(xué)院共同合作開發(fā)的高性能鉆桿，主要特點(diǎn)是: (1）改變過渡帶形狀，減小應(yīng)力集中，降低過渡帶處的疲勞失效事故。 （2）增大接頭水眼和加厚區(qū)尺寸，降低泥漿水馬力

12、損失，提高循環(huán)效率。 （3）接頭和管體采用特殊材料，增加了鉆桿的綜合機(jī)械性能。 本批638支鉆桿在塔里木油田輪南632井（完井深度6400m）和大北3井（完井深度7090m）完成了井上試驗，使用效果很好，滿足了設(shè)計和使用要求，今后將大面積推廣,產(chǎn)品設(shè)計方案經(jīng)過多次優(yōu)化，最終方案如下圖,API標(biāo)準(zhǔn)加厚過渡帶Von Mises等效應(yīng)力分布,新型內(nèi)外加厚過渡帶Von Mises等效應(yīng)力分布,水力損失對比,流速變化對比,與普通5” S135鉆桿對比,2.高抗扭雙臺肩接頭(DSTJ,DSTJ系列產(chǎn)品（NC26-NC50和5-1/2FH）是公司的成熟技術(shù)，已經(jīng)生產(chǎn)銷售了很多批。 1)選用雙臺肩接頭的原因

13、API標(biāo)準(zhǔn)接頭外徑和螺紋形式一定的情況下，母接頭的抗扭強(qiáng)度不變，公接頭的抗扭強(qiáng)度隨著水眼尺寸的增大而減小，在鉆桿強(qiáng)度設(shè)計中要求接頭與管體的抗扭強(qiáng)度比大于0.8，為滿足這一要求,鋼級高的鉆桿,接頭水眼尺寸設(shè)計就小,最終造成鉆井過程中的水馬力損失增大,影響泥漿循環(huán)。雙臺肩接頭可以很好地解決這一矛盾,2)提高抗扭強(qiáng)度的原理 DSTJ接頭在公母扣螺紋端部各增加一個臺肩,兩個臺肩的距離公差控制在0.05mm內(nèi)，在旋合后內(nèi)臺肩有一定間隙,當(dāng)達(dá)到上扣扭矩時,內(nèi)臺肩接觸頂住，由此改變接頭螺紋區(qū)的應(yīng)力分布形式，從而增大接頭的抗扭強(qiáng)度。 3)DSTJ接頭的優(yōu)點(diǎn) （1）接頭水眼可以適當(dāng)增大，也能保證與管體強(qiáng)度匹配，

14、例如5”S135鉆桿接頭水眼可以由2-3/4”增大到3-1/4”。 （2）可有效防止母扣脹扣事故。 （3）在酸性井況可以保護(hù)接頭螺紋不受腐蝕。 （4）由于尺寸設(shè)計合理，可與API普通螺紋互換,與API接頭互換,3.抗硫鉆桿,1)開發(fā)背景： 在國內(nèi)含硫油氣井開發(fā)過程中主要使用低鋼級鉆桿，采用控制泥漿PH大于10、加除硫劑、使用油基泥漿的做法來保證鉆井安全，存在很大風(fēng)險。用戶開始提出抗硫鉆桿的需求，并且隨著井深的增加，C95SS抗硫鉆桿不能滿足使用要求，公司從2003年開始研制開發(fā)C105SS抗硫鉆桿，經(jīng)過多次的材料和工藝試驗，2007年已經(jīng)開始批量生產(chǎn),2)產(chǎn)品要求： 抗硫鉆桿比普通鉆桿有了更高

15、的要求： （1）嚴(yán)格控制化學(xué)成分：降低S、P含量，提高Cr、Mo等合金元素的含量。 （2）嚴(yán)格控制接頭、管體和焊區(qū)的機(jī)械性能、硬度、金相組織指標(biāo)。 （3）NACE（A）試驗加載比例更高,3)抗SSC試驗 根據(jù)NACE TM0177-2000標(biāo)準(zhǔn)的A法，試樣在按要求加載后在飽和硫化氫的環(huán)境中720小時不斷裂,抗硫試驗報告,4、符合NS-1標(biāo)準(zhǔn)鉆桿,遼河油田與殼牌公司合作開發(fā)的蘇里格氣田項目，需要滿足NS-1標(biāo)準(zhǔn)要求的鉆桿，公司通過選用特殊材料和應(yīng)用新技術(shù)（螺紋冷輥壓和上卸扣）滿足了用戶要求,冷輥壓為消除螺紋根部的機(jī)加工殘余應(yīng)力；上卸扣為減少新螺紋井上聯(lián)接的磨扣工作,同時起到檢查螺紋的作用,5.B

16、HNK鉆桿研發(fā)方向,1)更高鋼級的抗硫鉆桿 目前開發(fā)含硫井的深度在不斷增加，C105SS鋼級鉆桿不能滿足要求，現(xiàn)在已經(jīng)開始進(jìn)行C120SS抗硫鉆桿的研制工作。 2）內(nèi)平外加厚鉆桿的系列化 5”內(nèi)平外加厚鉆桿研制成功，使用效果良好，下一步對其他規(guī)格（4-1/2”、 5-1/2”、6-5/8”）和鋼級進(jìn)行系列化研制。 3）鋁合金鉆桿資料收集 國內(nèi)油田已經(jīng)從俄羅斯訂購鋁合金鉆桿，在使用時進(jìn)行跟蹤，收集資料，做技術(shù)儲備,五.鉆桿的失效類型分析及預(yù)防,1、管體部分 2、接頭部分 3、對焊部位,1.1 加厚過渡帶消失部位刺穿,產(chǎn)生原因: 1、井身質(zhì)量不規(guī)則，局部有狗腿，造成應(yīng)力集中部位疲勞。 2、加厚過渡

17、帶消失部位成型不良，有褶皺。 失效特點(diǎn)： 一口井連續(xù)發(fā)生，并且集中在某一井段。 預(yù)防措施： 1、控制井身質(zhì)量，減小狗腿度。 2、提高加后成型質(zhì)量,母扣端,1.2 加厚過渡帶消失部位刺穿,產(chǎn)生原因： 1、地層復(fù)雜，跳鉆嚴(yán)重，造成應(yīng)力集中部位產(chǎn)生疲勞。 2、鉆柱組合不合理。 3、過渡帶成型不良。 失效特點(diǎn)： 在靠近鉆鋌的幾柱鉆桿連續(xù)發(fā)生，并且伴有其他鉆具失效。 預(yù)防措施： 1、調(diào)整鉆井參數(shù)，降低跳鉆現(xiàn)象。 2、合理設(shè)計鉆具組合，用加重鉆桿過渡,公扣端,1.3 管體腐蝕疲勞,產(chǎn)生原因： 1、井中存在腐蝕介質(zhì)或泥漿配比不合理。 失效特點(diǎn)： 管體內(nèi)壁或外壁產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕凹坑，失效部位無規(guī)律，裂紋擴(kuò)展速度

18、快，易發(fā)生斷裂事故。 預(yù)防措施： 1、內(nèi)壁進(jìn)行涂層處理。 2、控制泥漿的PH值,1. 4 管體拉斷,產(chǎn)生原因： 1、處理井下事故時超負(fù)荷提拉鉆具，超過鉆桿的抗拉強(qiáng)度。 2、鉆桿機(jī)械性能未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。 失效特點(diǎn)： 單根失效，斷口有明顯的縮徑特征。 預(yù)防措施： 1、嚴(yán)禁超負(fù)荷操作。 2、使用合格的鉆桿,1.5 硫化氫腐蝕斷裂,產(chǎn)生原因： 1、井中含有H2S氣體。 2、未采取H2S 抑制措施。 3、使用了高強(qiáng)度鉆桿。 失效特點(diǎn)： 在負(fù)荷很小的情況下也發(fā)生斷裂，斷口平齊，無疲勞裂紋源。 預(yù)防措施： 1、使用抗硫鉆桿。 2、合理采用H2S 抑制措施,1.6 人為損傷,產(chǎn)生原因： 1、由于不在意的操作，

19、造成鉆桿人為損傷。 失效特點(diǎn)： 批量具有相同形狀的損傷。 預(yù)防措施： 1、規(guī)范使用，加強(qiáng)檢查,2.1 公接頭螺紋根部刺穿或斷裂,產(chǎn)生原因： 1、由于鉆桿連接時上扣扭矩不足,在使用中造成螺紋大端1-3扣產(chǎn)生疲勞裂紋,裂紋擴(kuò)展穿透壁厚,發(fā)生刺穿事故,發(fā)現(xiàn)不及時,會造成斷裂。 2、接頭螺紋參數(shù)不合格或材料強(qiáng)度不合格。 失效特點(diǎn)： 批量失效，磁粉檢測可以發(fā)現(xiàn)微小裂紋。 預(yù)防措施： 1、控制上扣扭矩。 2、使用合格的絲扣油。 3、加強(qiáng)螺紋加工和材料的質(zhì)量控制,2.2 母接頭摩擦熱裂,產(chǎn)生原因： 1、由于定向井或水平井造斜段產(chǎn)生狗腿,鉆桿母接頭在側(cè)向力作用下與堅硬的井壁摩擦,瞬間產(chǎn)生的摩擦熱使鋼材達(dá)到相變溫度(850度)以上,在離開井壁后與泥漿接觸,表面產(chǎn)生淬火組織,在拉應(yīng)力作用下,外表面產(chǎn)生微裂紋,裂紋擴(kuò)展后,造成刺裂。 失效特點(diǎn)： 接頭有明顯的磨損,磁粉探傷可以發(fā)現(xiàn)很多的微裂紋。 預(yù)防措施： 1、合理控制井身質(zhì)量。 2、低轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)。 3、接頭堆焊凸起的耐磨帶,造成接頭摩擦熱裂的井身圖,