气体钻井过程中钻杆冲蚀影响因素及对策分析

沈仁禄（渤海钻探管具技术服务分公司， 河北 任丘 062552）

气体钻井过程中钻杆冲蚀影响因素及对策分析

沈仁禄（渤海钻探管具技术服务分公司， 河北 任丘 062552）

气体钻井就是采用气体作为携沙介质，取代泥浆钻井，能够大幅提高钻进速度。气体钻井主要用于非储层钻进，其机械钻进速度能够比常规泥浆钻进速度提高2-8倍，是低油价时代重要的降本技术。气体钻井过程中气、固两相流对钻杆冲蚀作用极强，造成钻井风险大幅提高，可能造成不可估量的后果。文章主要分析了气体钻井对钻杆的磨损机理、影响因素及对策分析。

气体钻井；钻杆磨损；原因；对策分析

1　钻杆偏心程度的影响

在气体钻井过程中，由于气体不同于泥浆，钻杆会在井筒内随机波动，即钻杆位置不是固定的，会与中心位置发生偏离，偏离程度我们用偏心度来度量。偏心度不同，气-固流体对钻杆的冲蚀速率不同。由于钻杆偏离中心，必然导致钻杆距井筒两边距离不一样，距离较小的一端称为窄流道，距离较大的一端称为宽流道。经过模拟可知，当偏心度为0.1、0.3、0.5、0.8时，其宽流道的冲蚀速率分别为1.9×10-1kg/（m2·s）、1.2×10-1kg/（m2·s）、0.8×10-1kg/（m2·s）、和0.5×10-1kg/（m2·s）。因此，钻杆偏心度越大，其宽流道受到的冲蚀速率基本成线性降低。当偏心度为0.1、0.3、0.5、0.8时，其窄流道的冲蚀速率分别为2.1×10-1kg/（m2·s）、2.5×10-1kg/（m2·s）、2.8×10-1kg/（m2·s）、和3.2×10-1kg/（m2·s），这说明，钻杆偏心度越大，其窄流道受到的冲蚀速率基本成线性增加。另外，在偏心度不断增大的过程中，钻杆受到的最大冲蚀速率也不断增加。因此，偏心度越大，钻杆受到气-固两相冲蚀的程度越大。

2　井径扩径程度的影响

钻井过程中由于地质条件不同，岩心不同，都会造成不同程度的扩径。井径扩大之后，对于气体钻井而言，其偏心程度更加严重。通过仿真模拟，得到结果为：当扩径15%，25%和35%、45%时，钻杆的平均冲蚀速率分别为2.1×10-1kg/（m2·s）、2.3×10-1kg/（m2·s）、2.8×10-1kg/（m2·s）、和3.5×10-1kg/（m2·s），说明随着扩径程度的增加，钻杆受到的平均冲蚀速率不断增加，而且扩径越严重，冲蚀速率增加速率越快。在扩径程度与冲蚀速率在普通坐标中为抛物线，在双对书坐标中为直线。

3　机械钻速的影响

钻杆在岩石中机械钻速越快，其与岩石磨损的程度越大。但是机械钻速对钻杆冲蚀影响程度较低。通过仿真模拟实验结果为：机械钻井速度为10m/h、20m/h、30m/h和35m/h时，气-固流体对钻杆的冲蚀速率分别为1×10-1kg/（m2·s）、2.5×10-1kg/（m2·s）、3.8×10-1kg/（m2·s）、和4.5×10-1kg/（m2·s），二者基本成线性关系。说明机械钻速越快，气-固流体对钻杆的冲蚀速率越快，冲蚀程度越严重。例如当机械钻速为35m/h时比10m/h，气-固流体对钻杆的冲蚀速率增加3.5倍。机械钻井速度为10m/h、20m/h、30m/h和35m/h时，携岩气流的平均速度分别为6×10-1kg/（m2·s）、5.5×10-1kg/（m2·s）、4.2×10-1kg/（m2·s）、和3×10-1kg/（m2·s），表明随着机械钻速增加，携岩气流的平均速度逐渐降低。

4　气体注入速度的影响

气体钻井过程中气体注入速度对钻杆磨损具有重要的作用。有模拟结果可知：当注气速度为0.3m3/h、1m3/h、1.5m3/ h、2m3/h和2.3m3/h时，钻杆冲蚀速率分别依次为：1.1×10-1kg/（m2·s）、0.15×10-1kg/（m2·s）、0.1×10-1kg/（m2·s）、0.05×10-1kg/（m2·s）和0.06×10-1kg/（m2·s）。可见，随着注气速度的增加，钻杆冲蚀速率逐渐降低，而且在直角坐标中，注气速度与充实速率成双曲线关系，及随着注气速度的增加，钻杆冲蚀速率降低速度先快后慢，最后趋于平缓。但是实际的钻进过程中，注气速度一般都大于1m3/h，因此，注入速度的改变对钻杆冲蚀速率的影响较低。例如当注入速度为2.3m3/h时，钻杆冲蚀速率仅仅比注入速度为1m3/h时降低了0.1×10-1kg/（m2·s）。

5　钻杆冲蚀预防方法

根据以上分析可知，偏心程度和扩径程度对钻杆冲蚀的影响效果较强，机械钻速和气体注入速度对钻杆冲蚀的影响效果较弱。建议采用低速钻井方式，低速钻井可以有效降低钻杆的离心力，避免钻杆在井筒中的横向摆动。另外建议采用空气锤钻井，该方法可以有效的防止钻井过程中井身偏斜。该两种方式结合可以有效的降低偏心对钻杆的冲蚀的影响。扩径对钻杆冲蚀的影响程度仅次于偏心的影响。当扩径程度较大时可以加大注气速度，用注气速度改变井筒中流场分布，降低扩径对钻杆冲蚀的影响程度。

［1］明鑫，练章华，林铁军，等.气体携岩对钻杆接头冲蚀规律研究［J］.西南石油大学学报：自然科学版，2014，36（3）：173-178.

［2］祝效华，刘少胡，童华.气体钻井钻杆冲蚀规律研究［J］.石油学报，2010，31（6）：1013-1017.

［3］林铁军，练章华，陈世春，等.气体钻井中气体携岩对钻杆的冲蚀机理研究［J］.石油钻采工艺，2010，32（4）：1-4.

沈仁禄（1982- ），男， 毕业于中国石油大学钻井工程专业， 助理工程师，主要 从事钻具管理工作。