井控设备失效分析与预防

1、井控设备失效分析与预防摘 要 :通过对井控设备服役条件的分析,找出导致设备失效的因素。 经过对引起失效的因素调研 ,总结出相应的解 决方案 ,以期引起井控设备生产、使用人员的高度重视 ,从提 高产品质量、增强承压与防腐性能、加强复杂环境适应性出 发 ,通过相关部门及人员严把质量关,严格执行井控设备操作规程 ,保证井控设备安全有效使用,确保钻井生产安全。关键词 :井控设备 钻井安全 失效 中图分类号 :TP2 文献标识码 :A 文章编号：1672-3791(2011)06(a)-0125-01井控是采取一定的方法控制住地层孔隙压力,保持井内压力平衡 ,保证钻井的顺利进行。 井喷失控会造成以下几种

2、情 况。( 1 )破坏油气层资源 ,造成机毁人亡和油气井报废。(2)引起火灾和地层塌陷、毒气泄露,造成环境污染 ,威胁周边人民生命财产安全。 (3)在国内、国际上造成不良政治和社会影响。可见 ,井喷失控的危害是巨大的。因此,对井控设备失效分析与预防工作就显得格外的重要和紧迫。1 井控设备失效分析方法 井控设备失效分析 ,分为以下几个步骤。(1) 收集失效件背景数据 ,包括失效件全部制造工艺历史 以及服役条件和服役历史。 (2)对失效件及相邻部件进行仔细 的外观检查和记录。 (3) 试验室检验 ,包括化学、 机械性能、 微 观组织分析等。 (4)判定失效原因。综合分析上述步骤所得资 料 ,搞清失

3、效过程和规律。 (5) 失效分析的反馈。 为达到预防的 目的 ,须将分析结果反馈到相应的各个方面。2 井控设备失效原因分析井控设备服役条件 :防喷器承受的载荷性质 (憋压的静载 荷、钻井液及杂质产生的交变载荷、冲击载荷 )、加载次序、 应力状态 (拉、压、剪及复合应力 )、温度、环境介质 (空气、 水、钻井液、H2S、C02、盐类等)、异常工况。根据井控设 备的服役条件 ,确定分析方向 :人为因素、设备因素。2.1 人为因素生产者 :追求利润 ,降低标准。为节约成本 ,增大效益 ,在采 购过程中 ,降低采购标准 ;在生产过程中 ,忽视加工产生的缺陷 和误差 ; 在验收过程中 ,忽视质量安全。例

4、如锻、铸造过程中 , 未消除应力集中或其它缺陷 ;侧门表面粗糙度不达标。 使用者 : 在思想上 ,麻痹大意。认为浅井地层压力系数低 ,不会发生井 喷。为节省安装时间 ,对井控设备进行虚装 ,各处紧固件并未 拧紧 ,控制装置也未待命。殊不知 ,由于井深浅 ,一旦地层压力有变化 ,会迅速上返至地面 ,发生溢流。在安装时 ,野蛮操作。 野蛮操作将使井控设备受到冲撞、 牵引,产生变形、 损伤甚至 裂纹 ,从而导致设备失效。例如闸板防喷器安装不正,导致关井不严 ;内藏油路碰伤 ,导致油路不畅 ,漏油 ;密封垫环槽碰伤 , 导致密封失效 ;控制装置管线碰伤 ,导致控制失效。在使用时 违规操作。例如闸板未收

5、回到闸板室时,起、下钻 ,导致钻杆将闸板前密封刮伤或将闸板轴拉弯 ;在密封垫环槽上进行常 规焊接,造成刺露 ;环形防喷器长期封井 ,降低使用寿命 ;压井 管汇用作常规灌注压井液装置 ,造成严重冲蚀。2.2 设备因素井控设备主要失效类型有以下几种。 (1)脆性断裂失效 :指断裂前无或产生很小的塑性变形的 断裂过程引起的失效。井控设备脆断主要原因是环境温度过 低造成冷脆 ;材质差、加工工艺不当。失效件代表 :螺栓。 (2) 腐蚀失效 :表现为腐蚀疲劳失效、腐蚀损伤、应力腐蚀开裂。 腐蚀疲劳失效是指在腐蚀介质和交变应力共同作用下导致 的破断失效。腐蚀损伤是腐蚀介质使金属从单质态转化为化 合态而失重

6、,引起尺寸变化 ,导致壁厚减薄、承压力降低、金 属脆化、产生蚀坑等缺陷。应力腐蚀开裂是金属在拉伸应力 和腐蚀介质共同作用下导致开裂失效。井控设备在存放与使 用过程中 ,所处环境介质如前所述 ,它们会形成酸性溶液或产 生电化学反应 ,腐蚀井控设备内、外壁 ,降低使用性能 ,导致腐蚀失效。失效件代表 :防喷器壳体、 阀件、 法兰。 (3)过量变形 失效 :是由于工作载荷超过构件的屈服强度引起的,主要特征是产生了过量塑性变形。 失效件代表 :闸板轴、 螺栓。 (4)机械 损伤失效 :指构件因机械损伤引起性能降低。 防喷器的机械损 伤主要有表面碰伤、烧伤、工具咬伤。防喷器机械损伤的主 要原因是吊装撞击

7、、维修锤击、焊接。失效件代表:防喷器壳体、侧门。(5)磨料磨损失效 :是指硬的颗粒或凸起物在摩擦过 程中引起材料脱落的现象。失效件代表 :法兰、密封垫环槽、 活塞。3 井控设备失效预防措施 针对上述失效原因分析 ,可采取如下措施加以预防。3.1 人为因素的预防 针对人为因素引起的失效 ,可从提高认识、 加强培训、 严 加管理三方面抓起。 首先 ,提高井控设备生产者、 使用者的井 控安全意识。 井控设备生产与使用安全与否 ,不仅关系到钻井 生产安全、保护地下资源 ,自然环境、更关系到钻井员工、周 边人民生命财产安全 ;其次 ,加强对生产者进行加工技能培 训、使用者安全使用技能培训 ,以提高井控人

8、员整体素质 ;最 后,对生产者 ,要求从原材料采购、生产加工、成品验收都必 须严格执行国家相关标准 ;对使用者 ,要求必须严格执行相关 井控设备操作规程。3.2 设备因素的预防(1)针对脆性断裂失效的预防 ,可采取提高失效件韧性指 标、避免工作温度低于冷脆转变温度的措施。(2) 针对腐蚀失效的预防 ,可采取避免长期露天存放 ,整体防腐处理以免导致 早期腐蚀疲劳失效 ;使用完后尽快清洗 ,以消除钻井液腐蚀 ;尽 可能使用碱性钻井液 ,以中和酸性气体 ;对钻井液采取脱酸、 脱氧处理 ,以减少腐蚀介质 ;防喷器内壁选用抗硫化氢材料或 进行涂层保护 ;防止气侵 ;避免机械伤痕等措施。 (3) 针对过量

9、 变形失效的预防 ,可采取提高承压件承压能力 ,提高构件屈服 强度的措施。 (4) 针对机械损伤失效的预防 ,可采取谨慎操作 , 尽量避免碰伤 ;严禁将管钳打在油道管上 ;严禁在防喷器上焊 接修复。 (5)针对磨损失效的预防 ,可采取提高失效件硬度、 表 面粗糙度 ;涂抹润滑油 ;减少接触件相对运动等措施。 (6)针对 冲蚀失效的预防 ,可采取对井控设备内壁采用钨、 铬、钴合金 材料 ;对钻井液进行过滤 ,减少固体杂质的措施。 (7)针对老化 失效的预防 ,可采取对井控设备合理使用与加强保养,尽量延长设备使用寿命。4 结语 对井控设备的失效分析不仅在于找到失效的原因和避 免失效的方法 ,它还有更加深远的意义。(1)失效分析可以防止或减少重大井喷失控事故的重复发生 ,减少经济损失和人员伤亡 ,提高井控设备质量 ,延长其使 用寿命。 (2) 失效分析可为井控设备的技术开发、技术改造提 供信息、途径和方法。 (3) 失效是产品质量控制存在盲区或偏 差的反映 ,失效分析可以对质量管理体系的完善提供科学和 事实依据。 (4)失效分析可以为裁断事故责任、修改和制订产 品质量标准提供可靠的科