鉆柱穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)分析

鉆柱穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)分析

穩(wěn)定器的研究現(xiàn)狀在國(guó)內(nèi)外鉆井鉆的組合中，傳統(tǒng)直徑不變的鉆柱沉積器仍然是檢測(cè)井斜鉆頭組合中不可或缺的組件。盡管常規(guī)穩(wěn)定器的重要性毋庸置疑,但是,當(dāng)作者在查閱穩(wěn)定器資料過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)相關(guān)資料貧乏,結(jié)構(gòu)過(guò)于單一,提高其壽命的研究顯得單薄。我們認(rèn)為從整體上看,在我國(guó)穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)研究和生產(chǎn)還沒(méi)有得到足夠的重視。文獻(xiàn)收錄了約達(dá)20個(gè)廠家的產(chǎn)品介紹,資料豐富,結(jié)構(gòu)創(chuàng)新,有很高的借鑒價(jià)值。在資料綜合與分析的基礎(chǔ)上,作者已在文獻(xiàn)中,分析和評(píng)價(jià)了美國(guó)穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),本文就美國(guó)穩(wěn)定器材料性能和尺寸參數(shù)進(jìn)行介紹,以期國(guó)內(nèi)同仁對(duì)此有一個(gè)較全面的了解,推進(jìn)我國(guó)穩(wěn)定器技術(shù)進(jìn)展。1穩(wěn)定器材料和性能指標(biāo)1.1定器及非磁性鋼穩(wěn)定器按照使用材料可將穩(wěn)定器分為合金鋼穩(wěn)定器及非磁性合金鋼穩(wěn)定器,前者使用廣泛,后者主要用于高緯度、高偏斜、高磁場(chǎng)以及腐蝕較為嚴(yán)重的鉆井條件。1.1.1個(gè)體成分配h合金鋼穩(wěn)定器用Cr-Mo材料,通常為AlSl4140及4145H,成份見(jiàn)表1。其中4145H鋼因其含碳量較高、淬透性好,用得最為廣泛。所有鋼均由電爐冶煉,真空除氧,保證非金屬含量少,嚴(yán)格控制熱處理,使之達(dá)到最佳機(jī)械性能(高強(qiáng)度和韌性)。1.1.2非磁性不銹鋼材料在定向鉆井中專門設(shè)計(jì)制造了非磁性穩(wěn)定器。這種穩(wěn)定器通常裝在兩段非磁性鉆鋌之間,為鉆鋌提供一個(gè)無(wú)磁性的隔離段。從理論上看,它適用于高緯度地區(qū)、高偏斜和南北向大偏移井眼;在任何井斜角度下,地質(zhì)測(cè)量?jī)x不會(huì)受到鉆柱磁場(chǎng)的影響。它也可以用在一般的定向鉆井裝置中,使羅盤讀值不會(huì)受到有害的影響。非磁性合金鋼通常為鉻錳奧氏體不銹鋼。不僅具有與4145H合金鋼相近的機(jī)械性能,而且還具有低的導(dǎo)磁率和高的耐腐蝕性?？梢酝ㄟ^(guò)自動(dòng)裝置進(jìn)行冷作硬化處理(噴丸),在獲得良好機(jī)械性能的同時(shí),增加抗應(yīng)力腐蝕裂紋的能力。因?yàn)楸砻嬗不幚碛兄跍p少裂紋萌生,從而改變表面性能,提高耐疲勞性。為了保持無(wú)磁性環(huán)境,這種穩(wěn)定器的扶正段應(yīng)采用非磁性強(qiáng)化處理。例如SMFI公司的SMFI66專利材料,具有高機(jī)械性能、低磁通量、良好的耐腐蝕性、極優(yōu)的加工性和無(wú)粘扣現(xiàn)象。SMFI66鋼能消除晶界上的碳偏析,從而產(chǎn)生一個(gè)鈍化的微觀結(jié)構(gòu),并將壓縮應(yīng)力附加在穩(wěn)定器孔中。實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)使用證明這種材料在氯化物腐蝕環(huán)境中表現(xiàn)出極為突出的抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的能力。又如克里斯坦森(CHRJSTESEN)公司的非磁性鋼穩(wěn)定器采用Chrialloy500材料,是一種改性的AlSl316L鉻鎳合金不銹鋼,他們認(rèn)為這種材料的性能優(yōu)于鉻錳不銹鋼。1.2生產(chǎn)力指標(biāo)1.2.1鋼性能指標(biāo)Cutting&Wear公司的合金鋼性能指標(biāo)見(jiàn)表2。表2中的強(qiáng)度值略高于我國(guó)穩(wěn)定器部頒標(biāo)準(zhǔn),部頒標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是采用APISPEC7的鉆鋌性能指標(biāo)。1.2.2非磁性鉻合金性能指標(biāo)非磁性合金鋼性能指標(biāo)見(jiàn)表3。與表2對(duì)比,非磁性合金鋼的性能略低于合金鋼,但沖擊韌性更好。2封裝式穩(wěn)定器套裝式穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)多姿多彩。我們介紹三種套裝式穩(wěn)定器,列出它們的尺寸參數(shù),以供參考。通常,套裝式穩(wěn)定器扶正段較短,更適用于井斜較大的井眼。由于它更換方便、重量輕,能減少邊遠(yuǎn)地區(qū)鉆井時(shí)后勤供應(yīng)的麻煩,因而使用成本低。2.1東南角鋼芯桿、熱處理裝置圖1為Darron二件式套裝穩(wěn)定器,它由芯桿和扶正套組成。芯桿采用AlSl4145H鋼制造,熱處理硬度為HB285～341,最小沖擊韌性5.5302kg·m。芯桿和扶正套相關(guān)尺寸見(jiàn)表4。2.2daron三個(gè)安裝穩(wěn)定器圖2為Darron三件式套裝穩(wěn)定器,它由芯桿、扶正套和保護(hù)接頭組成。芯桿的材料及性能指標(biāo)與二件式相同,相關(guān)尺寸見(jiàn)表5。2.3下嘴唇固定器圖3為SMFI卡箍固定式套裝穩(wěn)定器(Clamp-onStabilizer-CLS),它為五件合金鋼結(jié)構(gòu)。圖3所示穩(wěn)定器能牢固地鎖緊在鉆鋌、蝸輪鉆具、震擊器、隨鉆測(cè)井裝置或其它要求對(duì)中或轉(zhuǎn)向的旋轉(zhuǎn)鉆裝置上。由于這種穩(wěn)定器重量輕、安裝簡(jiǎn)單,能增強(qiáng)井眼的井斜控制,改善鉆井效率,同時(shí)還消除穩(wěn)定器在水平位置被擰松的危險(xiǎn)。鎖緊裝置有雙重鎖緊作用,以利牢固安裝。下鎖緊環(huán)上裝有幾處硬質(zhì)合金塊,具有強(qiáng)制性卡緊作用。所有零件均由4145H鋼經(jīng)淬火、回火,或者使用非磁性鉻錳鋼連在非磁性鉆鋌上。相關(guān)尺寸見(jiàn)表6。3穩(wěn)定器螺釘連接特性3.1daron穩(wěn)定檢測(cè)器的螺釘連接特性采用內(nèi)加厚內(nèi)螺紋;外螺紋增加應(yīng)力減輕槽;冷滾壓螺紋根部;磷酸鹽涂敷螺紋;裝重型螺紋橡膠護(hù)套。3.2抗粘扣加工出應(yīng)力減輕結(jié)構(gòu)由于疲勞失效總是發(fā)生在接頭處,為防止這一現(xiàn)象發(fā)生,所有SMFI非磁性鉆鋌(包括穩(wěn)定器)均加工出應(yīng)力減輕結(jié)構(gòu)。在公扣上為SMFI錐孔,所有螺紋接頭均進(jìn)行冷滾壓,并施以抗