石油钻具技术的研究与发展

综合分析了国内外新型石油钻具技术的研究与应用情况,介绍了高强度钢质石油钻具、碳纤维钻具、高强度铝合金钻具、钛合金钻具、电子标签钻具及智能化钻具等新型钻具,总结了石油钻具技术将逐渐向高强度、轻型化、信息化管理、智能化方向发展,并且未来钻具技术装备的发展与新钻井技术的结合将最终形成智能化钻井系统。

低温环境下石油钻杆材料组织和性能研究

通过显微组织观察、力学性能测试,研究了G105钻杆管体材料26CrMo钢在-40、-50、-60℃环境中保温240 min后的组织和性能。结果表明:和室温情况相比,26CrMo钢的抗拉强度变化较小,但是屈服强度有所增加;26CrMo钢的硬度随环境温度的降低而升高,冲击韧度在室温环境下为241.1 J.cm-2,-40、-50和-60℃下分别为180.3、166.6和160.7 J.cm-2,随温度的降低冲击韧度下降;26CrMo钢在低温环境中发生残余奥氏体向马氏体的转变,导致材料力学性能发生变化;断口分析表明,随温度降低26CrMo钢有脆性倾向。

智能钻杆研究现状及海隆电导通钻杆的试制

简述了智能钻杆的研究意义、发展过程、研究现状及存在的问题,将电导通作为智能钻杆研究的关键,提出了在钻杆内实现电导通的首要研究目标,并进行了智能钻杆的试制。结果表明,试制的智能钻杆实现了电导通,达到了设计提出的目标和要求,即向井下传送的电功率达1 kW,适用环境温度为180℃,循环泵压不低于40MPa。

石油钻杆接头上扣扭矩计算方法研究

合理的上扣扭矩对石油钻杆接头性能的正常发挥至关重要,上扣是一个动态过程,除了要克服摩擦力,还要有一部分扭矩做的功转化为应变能储存起来。文章在弹性力学理论的基础上分析钻杆接头二维轴对称有限元模型,提出了新的上扣扭矩计算方法,该方法同时将摩擦力和应变能考虑在内,并以NC-38为例进行说明。结果表明,在二维轴对称有限元模型下综合考虑摩擦力和应变能的上扣扭矩计算方法更加精确,该计算方法不仅适用于钻杆螺纹,还可以推广应用到其他形式的螺纹,使用范围广,具有很高的应用价值。

120和125钢级钻杆在NACE溶液中腐蚀行为研究

将改进型27CrMo材料热处理成120和125钢级钻杆,采用电化学技术测试、浸泡试验和硫化物应力腐蚀试验,对比分析了两种钢级材料的腐蚀性能。结果表明:120钢级钻杆出现椭圆状腐蚀坑,而125钢级钻杆出现细长的腐蚀坑,腐蚀坑深度约为120钢级钻杆的两倍,且坑底出现腐蚀裂纹。120钢级钻杆通过了NACE TM 0177 A法D溶液抗硫化物应力腐蚀试验,而125钢级钻杆发生断裂,断裂方式为沿晶断裂,故125钢级钻杆抗硫应力腐蚀性能不佳。

油井管螺纹的表面处理技术研究及进展

螺纹连接是油井管常用的部件,用于连接油套管、钻具等并传递动力。螺纹连接失效是油井管最常见的失效方式,螺纹的表面状态对连接部件的安全、稳定使用有重要影响。从油井管螺纹表面处理的必要性、螺纹表面热处理、镀层、固体润滑涂层等方面综述了表面处理技术在油井管上的应用与研究现状。粘扣是螺纹表面处理要解决的关键问题,着重介绍了激光热处理、氮化、固体润滑涂层等工艺对螺纹抗粘扣效果的影响,并简单介绍了冷滚压、喷砂等机械表面处理方法对材料表面疲劳性能的提升作用。

随钻测量随钻测井技术现状及研究

文章介绍了中国及国际MWD/LWD技术现状、仪器特点、市场应用等情况。国际测井仪器具有耐温性能超过175℃,数据传输速率高达120 bit/s,全系列产品多样化,安全稳定可靠等特点。中国测井仪器为常规150℃,数据传输速率小于12 bit/s,系列产品较单一。LWD仪器主要以引进为主,自主研制为辅。对比中国和国际MWD/LWD技术的差距,最后给出应对措施,以提高国内MWD/LWD技术水平,解决高温、深井仪器的可靠性,提高安全性,节约成本,获取最大收益。

疲劳寿命预测模型在管端加厚过渡段的应用研究

利用有限元分析和疲劳寿命模型,研究了Φ127 mm钻杆内加厚过渡段长度Miu和圆弧半径R对应力集中系数与疲劳寿命的影响。分析认为,过渡段长度越长,圆弧半径越大,应力集中系数越小,疲劳寿命越高,但仍低于管体的疲劳寿命;当圆弧半径R≥300 mm、过渡段长度Miu≥200 mm,Miu和R对应力集中系数和疲劳寿命的影响逐渐降低,且变化幅值较小。分析认为,Morrow和Paris两种疲劳寿命预测模型在预测钻杆内加厚过渡组合的疲劳寿命时具明显优势。

H13钢模具冲头早期断裂原因

在对某钻杆接头进行锻造加工时,H13钢模具冲头发生早期断裂现象。采用宏观观察、化学成分分析、扫描电镜分析、硬度测试、金相检验等方法分析其早期断裂原因,并结合实际工况,对断裂冲头进行有限元热模拟试验。结果表明:冲头断口呈塑性断裂特征,在接头冲模成型时,冲头在接头内部停留时间过长,使冲头温度超过700℃,内部组织发生了转变,强度急剧降低,最后导致冲头发生拉拔塑性断裂现象。

拉扭复合载荷条件下V150钻杆的力学性能研究

深井超深井钻井中,不合适的拉扭耦合作用容易导致钻杆失效,因此有必要进行钻杆抗拉扭复合载荷能力研究.采用预扭后拉伸和预拉后扭转的拉扭复合载荷试验方法,分析了拉扭复合载荷条件下V150钻杆在拉伸应力应变和扭转应力应变之间的相互影响规律.试验发现:预扭后拉伸时,预加载切应力和拉伸屈服强度均会降低;预拉后扭转时,预加载的拉应力和扭转屈服强度均会降低;材料发生屈服时的拉应力和切应力符合拉扭椭圆强度准则,该准则的弹性变形安全范围较von Mises强度准则超出24.5%.研究结果表明,按照von Mises强度准则进行V150钻杆抗拉扭复合载荷能力设计偏于保守,而拉扭椭圆强度准则包含材料拉伸屈服强度和扭转屈服强度2个基准参数,且与试验数据吻合程度高,更具工程应用价值.

高钢级钻杆强度塑性试验研究

钻杆强度级别提高,其塑性性能会发生变化,因此高屈强比成为影响高钢级钻杆推广应用的主要问题。对X95、G105、S135、V150和HL165系列高钢级钻杆进行了室温拉伸试验,利用真应力-真应变曲线分析了高钢级钻杆强度塑性特征参数的变化规律及屈强比对钻杆安全性的影响。试验结果表明:随着钢级提高,钻杆强度不断增加的同时,工程屈强比和真实屈强比都增大,但后者比前者约小5.5%~7.0%;不同钢级钻杆工程屈强比与其伸长率、冲击功、塑性失稳点应变量、均匀形变容量和静力韧度等塑性韧性指标无对应关系;虽然V150、HL165超高强度钻杆屈强比分别达到0.953和0.941,形变硬化能力略有降低,但仍具有高塑性变形能力、高韧度水平和高断裂强度。研究认为,不宜将工程屈强比作为衡量高钢级钻杆质量的一项硬性指标,良好的综合性能是确保钻杆安全使用的关键。

新型双台肩钻杆接头研究与应用

随着钻井技术的进步,要求钻杆接头可传递更大的扭矩以适应各种复杂的工作环境,因此对其抗扭性能研究变得尤为重要。为此,设计了一种新型双台肩钻杆接头。与一般的双台肩钻杆接头相比,新型钻杆接头增加了外螺纹接头和内螺纹接头圆柱孔部分的长度,使得钻杆接头可以保证钻杆在井下传递更大的扭矩而不发生失效。利用有限元软件建立了API标准接头和新型双台肩钻杆接头的有限元分析模型。由有限元计算结果可知,新型双台肩钻杆接头的抗扭能力明显高于API标准接头,可传递更大的扭矩。油田中应用也表明新型双台肩钻杆接头的性能优于API标准接头。

改善7055铝合金力学性能的研究

针对铸造法制备的7055铝合金断裂韧性偏低等问题,采用喷射成形技术制备7055铝合金,并对该铝合金进行挤压、固溶处理及时效处理。结果表明:喷射成形技术制备的7055铝合金经适当的热挤压、固溶处理及时效处理后的组织均匀致密,且存在大量弥散的纳米级析出相,具有较高的力学性能,其硬度、抗拉强度及伸长率分别为204HV、712.8 MPa和14%。

适用于弯曲井段的高效密封钻杆接头研究

API标准钻杆接头的应力极值较大,应力集中现象比较严重,容易发生疲劳失效,为此设计了新型钻杆接头结构。在准确测定摩擦因数的基础上,利用有限元分析软件MSCMarc对2种结构的钻杆接头在受扭矩、扭矩+拉伸载荷及扭矩+压缩载荷作用下产生的不同变化进行了比较分析。结果表明,新型结构在保持与普通API接头具有相当的连接强度时,还显著提高了接头的抗扭性能,而且其密封性能优于API标准接头,不容易发生胀扣和刺漏等失效事故;与API标准钻杆接头相比,新型结构更适用于大扭矩、弯曲载荷的高压及超高压等复杂的油气井中。

随钻扩眼技术研究进展

随钻扩眼工具作为扩眼工具的一种,具有常规固定翼式扩眼工具无法比拟的优势。在介绍随钻扩眼技术在深井、超深井、小间隙井、盐膏层钻井和侧钻井中的应用情况后,就国外随钻扩眼工具的研究进展和应用进行了分析,包括斯伦贝谢公司的Rhino系列扩眼工具、哈里伯顿公司的XR^(TM)和UR^(TM)扩眼工具、贝克休斯公司的GaugePro扩眼工具、威德福公司的RipTide扩眼工具及国民油井公司的Anderreamer扩眼工具。指出了国内外随钻扩眼工具的研究重点和今后的发展趋势。最后建议我国应加强随钻扩眼技术和工具的研究力度,完善随钻扩眼技术和工具,这对提高我国的钻井技术有着重要的现实意义。

石油钻杆焊区异常回火组织的产生及预防

钻杆摩擦焊接完成后,钻杆焊区需要进行调质热处理。调质过程中产生的异常回火组织会严重影响钻杆的最终质量。较为详细地分析了异常回火组织产生的原因、分布以及对最终产品质量的影响等,并提出预防其产生的意见及建议。通过提高钻杆焊区外壁质量和设备定位稳定性、加装报警温度传感器等措施,可较好得解决异常回火组织产生的问题。

基于ANSYS的XX型圆管相贯节点静力性能研究

采用ANSYS软件对平面XX型圆管相贯节点的极限承载力进行了非线性有限元分析,揭示了相贯节点塑性区的应力分布情况,确定了节点的主要破坏模式,并重点探讨了一些基本几何参数对节点承载力的影响。研究结果表明,支主管外径之比?、主支管轴线夹角?、主管径厚比γ是影响平面XX型圆管相贯节点极限承载力的主要因素;平面XX型圆管相贯节点的破坏模式大多属于节点塑性破坏;平面XX型圆管相贯节点的极限承载力计算公式,可在K型节点承载力设计公式的基础上乘以一个修正参数。

堆焊层数对热丝脉冲TIG堆焊Inconel 625的腐蚀性能研究

为了研究热丝脉冲TIG(惰性气体钨极保护焊)堆焊不同层数Inconel 625后堆焊层的腐蚀性能差异,在20钢基体表面分别堆焊单层和双层Inconel 625,通过电化学试验、晶间腐蚀试验和EDS成分分析,对不同层数堆焊层的腐蚀性能进行了对比分析。结果表明:其bode谱中双层堆焊的相位角为80°,单层堆焊和基材的相位角分别下降5°和20°,双层堆焊的阻抗模量与频率的斜率最大,其次是单层堆焊的,基材的最小;基材的容抗弧最小且存在Warbug扩散,双层堆焊的容抗弧最大,单层和双层堆焊较基材的自腐蚀电位分别提高了374.0 mV和392.0 mV,腐蚀电流密度分别下降约99.3%和99.8%,双层堆焊的点蚀电位较单层的提高了430 mV。晶间腐蚀试验后,堆焊层均未出现明显晶间腐蚀而表现为点蚀,双层堆焊的腐蚀失重约为单层的1/5,腐蚀沿柱状晶间贯穿。堆焊层间融合区以及与基体交界处的合金元素变化显著,层内分布均匀,双层堆焊的Fe元素含量低于单层堆焊的,具有更好的耐腐蚀性能。

V150高强度高韧性钻杆缺口拉伸性能研究

通过对V150钻杆材料进行不同缺口深度的缺口拉伸试验和缺口偏斜拉伸试验,研究了缺口深度对拉伸应变能、缺口敏感系数和拉伸断口形貌的影响,以及偏斜角度对缺口试样拉伸强度和塑性性能影响。结果表明:该V150钻杆材料在具有高强度、高韧性、高塑性的同时,具备良好的抗缺口脆化能力。缺口试样的抗拉强度随着缺口深度增加不断增大,缺口敏感系数均大于1,对缺口不敏感;随着缺口深度增加,断后伸长率、断后收缩率、断裂总应变能均逐渐下降;断口宏观形貌由切断型转变为正断型,微观形貌也由韧窝断口转变为韧窝和准解理复合断口;缺口深度为0.5mm时,偏斜角度加剧了缺口试样的脆化倾向,使其塑性逐渐降低;当缺口深度为0.8 mm时,断面收缩率大幅下降至15%~20%。

电导通钻杆爆燃内衬复合制备技术研究

讨论了几种内衬复合技术在钻杆管体内壁铺设导线的可行性,并采用含能气体爆燃内衬方法进行了内衬复合试验。结果表明,采用该方法内衬后复合效果良好,钻杆、电缆及内衬耐蚀管贴合紧密,电缆导电性能及绝缘性均达到设计要求。