浅谈钻具的使用与管理

    常吉星

    摘 要：目前，摩擦焊钻杆在水文、地质、石油、天然气等行业被广泛应用。由于使用环境、人员水平等因素的影响，在施工过程中难免出现诸多本可避免的问题，这无形中影响了施工进度、提高了施工成本，加重了企业负担。如果现场钻具使用、维护不当，甚至有可能造成钻具断裂、井眼报废等较为严重的后果。希望本文对施工现场钻具的使用、维护与管理以及降低钻具事故的发生能够有所帮助。

    关键词：钻杆;使用;失效;注意事项;维护管理

    钻杆被广泛应用于水文勘察、地质钻探、油气勘探等多个领域，钻杆作为整个钻柱的重要组成部分，在钻进过程中起着举足轻重的作用。钻杆质量的优劣，保养、维护的好坏对现场使用效果、钻具事故的发生、施工成本等都有着重要影响。下面笔者仅就摩擦焊钻杆的使用及在施工现场的维护管理，谈一下自己的粗浅认识。

    目前，国内石油天然气行业较常用的钻杆管体主要有：E75、X95、G105和S135四种钢级，钻杆接头材料大多为SAE4137H，钻杆管体外径为2 3/8″～6 5/8″，具有多种规格。钻杆的钢级越高，强度也越高，承载能力也越强。但需要注意的是：在选择钻杆时，并不是强度越高越好。因为在钻井液介质中，随着钢级的升高，钻杆的腐蚀疲劳强度反而会降低，即：在腐蚀环境中，高钢级钻杆对腐蚀介质更为敏感，腐蚀疲劳强度下降的也更多，更容易发生腐蚀疲劳断裂事故。建议使用者依据“在满足强度要求的前提下，尽可能选择低钢级钻杆”这一原则，根据现场实际选择最合适的钻具来进行钻井作业，这样既降低了采购成本，又减少了事故发生的几率。

    1 摩擦焊钻杆的整体结构

    摩擦焊钻杆由内、外螺纹接头与钻杆管体通过摩擦焊接的方式连接成一个整体。钻杆在转盘或动力头的带动下进行旋转运动，把动力传递给孔底的钻头，并将钻井液送达钻头的切削面，钻杆在整个钻井施工中占据着非常重要的位置。

    当前，国内大多数钻杆生产企业生产的摩擦焊钻杆所执行的标准主要有两种：中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5114-2014以及国际上比较认同的美国石油学会推行的API 5DP钻杆规范。这两种标准对钻杆管体、接头、摩擦焊区等各部分的参数、性能指标都做出了明确要求，使用者可将此做为钻杆选择及质量评判的主要参考依据。

    2 施工现场钻具的使用与管理：

    2.1 钻杆下井前注意事项

    钻杆在下井使用前，应按规格并将内螺纹接头朝着钻台方向整齐摆放在距地面0.3m以上且拥有足够架墩的活动钻杆管架上，防止水、湿气、泥土等对钻杆造生锈蚀;钻杆管架要保持平行并在同一水平面上，以防止钻杆产生弯曲变形;位于管架两头的钻杆要用塞块予以卡紧，防止钻杆滚动、跌落。

    钻杆上钻台前，应首先对钻杆接头螺纹及台肩密封面进行彻底清理、检查，确认完好后，方可下井使用。在钻杆上、下钻台过程中，钻杆接头一定要佩戴好护丝（建议使用钢制护丝），以防止接头螺纹及台肩面在提拉过程中产生磕碰、损伤。

    钻杆在沿滑道上钻台的起吊过程中，绞车应尽可能保持匀速，在钻杆离开滑道时，要用软绳索进行人工拦阻，防止发生磕碰。

    在井口进行接单根作业前，要再次对接头螺纹和台肩密封面进行清洗和检查，在确认没有问题后，再将含有60%细金属铅粉或40～60%细金属锌粉的石油钻具专用丝扣油足量、均匀地涂抹到接头螺纹及密封台肩面上（孔口母接头的螺纹和台肩面也要足量、均匀涂抹专用丝扣油），同时要防止沙尘及其它异物混入丝扣油中，影响护丝油性能或划伤螺纹及台肩密封面。

    2.2 钻杆使用中的注意事项

    新钻杆初次下井使用时，建议在井口以稍低于规定值的扭矩对接头进行两次拧卸操作，确认接头螺纹及密封面完好后，再足量、均匀涂抹好丝扣油并按规定扭矩将接头螺纹上紧，随后下井使用。这种磨合扣的操作有利于强化螺纹表面硬度，增强螺纹的抗粘扣性能，延长钻杆的使用寿命。

    井口对接钻杆时，要进行人工扶正引扣，防止公接头冲击到母接头端面或螺纹，造成损伤;随后用链钳进行人工认扣，引入不低于两扣后再用液压动力钳按规定扭矩将钻杆接头螺纹上紧（钢级、规格、水眼大小不同，所需要的上扣扭矩也不一样，一定要认真加以区别对待）。

    每次下井前，都要对钻杆立柱进行倒换卸扣，使得每对接头都能够在三次起下钻过程中得到一次上卸扣操作，以使每件接头螺纹都能够得到及时检查，减少粘扣、脱扣、刺漏等问题的发生。同时，也要定期对上、下部钻具位置进行倒换，以改变钻具的受力状态，使整套钻具各部分的受力趋于一致，以此提高钻具的使用寿命，减少钻具早期失效事故的发生。

    钻进过程中，要根据地层、井径、下部钻具配置等情况，选择合理的转速和钻压，以保证钻具处于理想的工作状态，收到满意的鉆进效率。当钻杆的旋转速度达到临界转速，钻杆旋转产生的纵向、横向、扭转三种形式的振动频率与钻杆自身的固有频率相吻合时，会引发共振，使孔内整个钻柱处于严重失稳状态，并使之承受额外的疲劳应力，从而加速钻具的疲劳失效;钻压越大，井底钻头受到的阻力也越大，容易发生蹩卡钻情况，当所加钻压超过钻具的临界钻压时，钻具便会产生弯曲，造成井斜及下部钻具螺纹疲劳断裂等后果。

    钻杆在具有腐蚀性的环境中进行作业时，可采取在钻井液中加入除氧剂和缓蚀剂;提高钻井液的PH值，使其达到10以上;选用抗硫钻杆;使用含有内涂层的钻杆;在满足强度要求的前提下，尽可能地选用低钢级钻杆等相应措施，来降低腐蚀因素对钻具的影响。

    在井口对钻杆进行拆卸螺纹操作时，起初要使用低速档，同时大钩弹簧要保持一定的拉力，以保证两接头螺纹表面间不承受压力。接头螺纹完全脱开后再上提大钩，以防拉伤螺纹，这样也可防止上部钻杆在弹簧力的作用下与井口的母接头发生冲击、磕碰。

    2.3 钻杆使用后的维护管理

    钻井作业完成后，将钻具按不同的规格、壁厚、水眼大小、钢级、分类等级，整齐地摆放在钻杆管架上。及时用清水对钻具的内、外表面，接头螺纹，以及台肩密封面进行彻底清理、冲洗并吹干。检查钻杆表面有没有裂纹、刻痕，螺纹是否完好，接头是否存在偏磨，台肩面是否平整、有无擦伤，管体是否存在弯曲和挤咬伤，钻杆内、外表面是否存在腐蚀、麻坑等缺陷。如果条件允许的话，应不定期对钻杆管体进行超声波探伤，对螺纹部位进行磁粉探伤，以降低接头螺纹断裂、钻杆管体刺漏等失效事故的发生几率。没有问题的钻具要在螺纹及台肩密封面涂抹好防锈油，戴好护丝，做好各项防护措施。

    现场应将存在问题的钻杆用油漆做好标记并分开存放，防止误用。并及时对存在问题的钻杆进行修复、替换，以免影响后期施工作业。对于长期露天存放不用的钻杆，要用防雨苫布进行遮盖，并定期检查钻杆内外表面的腐蚀情况，做好防潮、防腐工作。

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