超深井上部大尺寸井眼稳定器接头母扣失效机制

李少安 王居贺 秦垦 王文昌 陈锋 狄勤丰

1.中国石化西北油田分公司石油工程技术研究院；2.中国石化缝洞型油藏提高采收率重点实验室；3.上海大学力学与工程科学学院；4.上海大学机电工程与自动化学院

顺北区块是中石化的一个重点探区，油气资源丰富，近年来出现一批井深超8000 m的超深井，如顺北鹰1 井(8 588 m)、顺北5-5H 井(8 520 m)、顺北蓬1 井(8 455.8 m)等，为我国深部油气资源的钻探做出了重要贡献。由于井超深，地质结构和岩性复杂，必须采用多层井身结构，其中，上部Ø444.5 mm井眼是主力井段，长达5 000 m。

为了提速、控斜并降低井壁掉块诱导的卡钻风险，现场施工中采用了带直螺杆的单稳定器钟摆BHA，但在所钻的7 口超深井中，有3 口井稳定器母扣断裂，1 口井直螺杆母扣断裂。稳定器的断裂位置基本位于母扣大端第3～4 扣(距离母扣端面10.0～11.0 cm)处。失效时所用钻压60.0～80.0 kN，所用转速约55.0 r/min。研究结果表明，所用稳定器的材质、加工质量都满足要求，不是引起稳定器母扣端螺纹接头失效的主要原因。

为确保后续钻井作业安全，结合钻柱动力学特性宏观分析和稳定器母扣端螺纹接头局部应力分析，探讨了大尺寸井眼稳定器母扣的失效机制。

1 钻柱动力学有限元模型

长期以来，钻柱的动力学特性研究受到许多专家学者的关注。这方面的研究包括2 个方面：一方面是BHA 的振动问题，如T.M.Burgess 等人［1］研究了BHA 的横向振动，首先用静力学方法求解BHA 的上切点位置，随后对切点以下钻具的振动特性进行有限元分析；胡以宝等［2］研究了带旋转导向工具底部钻具组合的动力学特性分析及参数优化。……