钻井中的钻具失效是一个世界性难题，全球每年因此产生的损失高达亿元。华北石油局的施工队伍为解决中国石化重要的天然气产地——鄂尔多斯工区的钻具失效难题，进行了不懈探索。 

　　钻具失效是钻具在使用过程发生刺漏、折断、裂纹而引起损坏的现象，钻具早期失效是指钻具在使用初期就发生这种损坏现象。钻具失效在世界各大油田普遍存在，原因各不相同。 

　　美国的统计和估算表明，钻具断裂事故在14%的油气井上发生，平均发生一次损失10.6万美元，这是正常成本以外的巨额费用。我国油田每年发生钻具事故约五六百起，经济损失巨大，每年必须用数千万美元的外汇购置各种钻杆和钻铤。 

　　据不完全统计，2002年~2005年间，中国石化鄂尔多斯工区每年发生十几次甚至几十次钻具失效事件，最高的一年达50多次；严重时，一口井就发生钻具事件十多次，一套价值200多万元的钻具，使用两口井就接近报废。钻具失效还使钻井周期显著延长，并对井壁稳定和井眼规则带来影响。 

　　如何解决钻具早期失效难题，降低气田钻探开发成本，考验着许多队伍的生存发展能力，更制约着鄂尔多斯大牛地气田这个边际气田的开发效益。 

　　失效客观规律开展钻具失效分析，必须先掌握钻具失效的客观规律，即钻具在各种外加载荷和环境下发生的变形、断裂、表面损伤等现象及其发展过程，以及随外部服务条件和材料等因素变化的规律。 

　　钻具的工作环境一般比较恶劣，工作状况受载荷性质、加载次序、压力、温度等影响比较大，工作时所处的钻井液一般是由固体、液体等化学处理剂组成的复杂混合液，具有一定的腐蚀性。钻井液和其他腐蚀介质与钻具相互作用，会严重缩短钻具的使用寿命，导致钻具早期失效。 

　　钻具服务条件复杂，失效形式也多样，比如断裂、刺穿、表面损伤和过量变形等，其中断裂在钻具失效事故中所占的比例较大，约占50%左右；刺穿、脱扣和胀扣失效是仅次于断裂失效的失效形式，在钻杆和钻铤上都有发生；表面损伤包括腐蚀、磨损和机械损伤三方面；过量变形是由工作应力过大引起，如钻杆接头螺纹部分拉长、钻杆本体弯曲和扭转等。 
 

　　导致钻具断裂的主要原因是疲劳，也有一定数量的脆性断裂。疲劳断裂的原因，一是钻具使用时间久，达到正常使用寿命；二是井下载荷复杂，钻具受力苛刻，导致钻具发生早期疲劳失效。脆性断裂与材料、质量、环境和使用方法有极大关系。 

　　在钻具的疲劳失效中，钻铤失效尤为突出。1992年全国钻具失效总况的统计表明，钻铤的失效次数大致占钻具总失效事故的48.7%。中国石化华北石油局也不例外，鄂尔多斯盆地2002年~2005年钻铤失效达78起。 

　　研究表明，为了减少钻具振动带来的钻具疲劳失效，可以从以下三方面做起：一是根据地层特点，选用合适的钻头；二是优化钻井参数，控制转盘转速，避免发生共振；三是研究井径与振动关系，减小钻具振动。 

　　对于钻具的刺穿失效分析，原因很多，失效机理复杂，比如钻杆加厚过渡区间的截面突变，引起应力集中，导致钻杆产生微裂纹，带有腐蚀性的高压钻井液侵入微裂纹引起钻具腐蚀疲劳；钻井液中的硫化氢、二氧化碳、溶解氧对钻杆的腐蚀损伤造成壁厚减薄，也会引起腐蚀疲劳失效；带有固体颗粒的钻井液高速流经突变截面的过渡区间，对截面产生冲击和摩擦。 

　　钻具的腐蚀失效原因与钻井液中的腐蚀源有直接关系，其主要危害是硫化氢。保持较高的酸碱值以中和硫化氢浓度，对于控制腐蚀速率很重要，它能阻止来自地层、钻井液处理剂、热降解等的硫化氢侵入钻井液系统；加入碳酸铜、碱式碳酸锌、海绵铁等也可迅速降低硫化氢含量；地面脱气处理也是消除硫化氢的有效办法。 
 

　　鄂尔多斯工区钻具失效原因既有普遍性又有特殊性。统计2002年~2005年间的失效案例发现，鄂尔多斯地区钻具失效主要表现在两个方面：一是钻具的断裂和刺穿；二是钻具特别是钻杆的磨损严重。分析发现，钻具断裂主要以钻铤接头断裂为主，刺穿主要发生在钻杆加厚过渡区。 

　　鄂北工区下部地层坚硬，可钻性差，机械钻压施加过大，是导致钻具自身应力集中引起钻具失效的主要原因。为此，华北石油局的施工队伍对鄂尔多斯工区的钻具失效难题进行了探索研究。 

　　由于断裂、刺穿失效属于应力集中导致疲劳和腐蚀疲劳失效，华北石油局采用了不同螺纹脂、降低螺纹尾端螺纹牙高度、开应力减轻槽及螺纹表面处理等措施。介质中的腐蚀成分对疲劳及腐蚀疲劳有很大的催化及参与作用，为此，他们根据介质中的腐蚀成分，提出了预防化学腐蚀的多种具体措施。 

　　钻具失效是一系列复杂作用力的结果，科学的管理和合理使用钻具，是提高钻具效率、减少钻具失效的重要措施。因此，他们在钻具下部增加减震器装置，减轻钻具应力集中造成的疲劳失效；通过使用具有快速钻进性能的PDC钻头，有效减轻了钻具负荷，PDC钻头的快速钻进，也使钻井液浸泡井壁的时间缩短，井径扩大率降低，进一步减轻了钻具阻力，减少了硫化氢对钻具腐蚀的机会；加密对钻具的探伤，钻具使用两口井进行一次全面“体检”，并按照钻井规程，及时对钻具上下部分进行倒换，避免下部钻具长期处于负重状态；在钻进过程中，做到均匀送钻，控制转盘转速，防止钻具产生共振；对钻具采取及时的补救措施，钻具使用两口井，在易损的接头部位铺焊一层耐磨环，增加钻具强度，寿命延长。 

　　通过以上措施，华北石油局2006年在鄂尔多斯工区的钻具早期失效现象大幅减少，在部分井队得到了根本性控制，不仅降低了钻井企业的钻井成本，也在一定程度上保证了大牛地气田的开发效益。