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鉆具接頭和其他鉆井設(shè)備的環(huán)形加硬層技術(shù)問世于20世紀(jì)30年代。原先的環(huán)形加硬層主要用于防止鉆桿和鉆具早期磨損。自此，環(huán)形加硬層技術(shù)和環(huán)形加硬層的用途發(fā)生了很大的變化。最近幾年，環(huán)形加硬層技術(shù)已用于套管、防噴器和隔水管。環(huán)形加硬層技術(shù)是當(dāng)今鉆井中使用的最簡單，但也是最容易被忽視的技術(shù)。這項(xiàng)新技術(shù)多用于諸如水平井、大位移井和多分支井等大斜度定向井，在這些井中往往容易發(fā)生摩阻和扭矩過高的問題。摩阻和扭矩會使鉆柱、防噴器和隔水管產(chǎn)生磨損。目前，市場上已有數(shù)種類型的抗磨損合金環(huán)形加硬層
，多數(shù)用于防護(hù)套管、防噴器、隔水管，也有用于防護(hù)鉆桿的。但是只有一種或兩種能同時防護(hù)所有的設(shè)備。已證實(shí)環(huán)形加硬層是最有效的降磨損方法。環(huán)形加硬層的應(yīng)用在不斷增加，達(dá)到了保護(hù)鉆桿接頭的目的。環(huán)形加硬層的主要問題是能造成多根套管嚴(yán)重磨損，從而導(dǎo)致套管損壞。如果有一種類型的環(huán)形加硬層，既可保護(hù)鉆具，又不磨損套管，就可解決目前所面臨的問題。不幸的是，為解決這一問題耗費(fèi)了多年的時間，也曾試驗(yàn)過數(shù)種不同類型和不同結(jié)構(gòu)的加硬層。但是因?yàn)槎鄶?shù)套管和鉆具接頭的加硬層材料不能同時既保護(hù)鉆具接頭又保護(hù)套管，而使這一科研項(xiàng)目失敗。70年來，因環(huán)形加硬層造成的套管損壞，要修補(bǔ)、側(cè)鉆甚至油井報(bào)廢所損失的費(fèi)用已達(dá)數(shù)百萬美元。另外，鉆具承包商修復(fù)鉆柱和隔水管的經(jīng)濟(jì)損失也高達(dá)數(shù)百萬美元。對于鉆諸如定向井、水平井、大位移井以及到深水水域鉆井，需要開發(fā)能降低因鉆柱旋轉(zhuǎn)后起下鉆對套管后隔水管造成磨損的產(chǎn)品。美國能源部的MaurerEngineeringDEA-42研究成果表明，套管和隔水管損壞的主要原因是鉆柱接頭的摩擦造成的。1999年鉆井界引進(jìn)了一種新型抗磨損循環(huán)加硬層。經(jīng)過15年的不斷改進(jìn)，目前這種抗磨損循環(huán)加硬層已成為一種解決鉆柱接頭對套管和隔水管造成磨損的主要方法。在20世紀(jì)30年代，鉆桿接頭的環(huán)形加硬層主要是減輕接頭在裸眼井段中的磨損。這種環(huán)形加硬層在低碳鋼接頭上燒結(jié)碳化鎢顆粒。這種方法能防止接頭的磨損，但對套管造成了損壞。為了克服這一問題，采用不同形狀的碳化鎢顆粒，但是效果不明顯。之后，休斯工具公司開發(fā)出SmoothXtm環(huán)形加硬層。這種環(huán)形加硬層是在接頭上銑出若干溝槽，在溝槽中鑲嵌拋光的碳化鎢塊。這種環(huán)形加硬層減輕了套管的磨損，很快成為石油工業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的鉆桿加硬層。之后，Grantprideco購買了休斯工具公司的專利。到目前為止，仍然在使用這種環(huán)形加硬層技術(shù)。1990年，Amorphous技術(shù)公司開發(fā)出鉻合金環(huán)形加硬層。這種材料的摩擦系數(shù)很低，降低了對套管的磨損。這一發(fā)明對油公司來說是前進(jìn)了一大步，但對鉆井承包商來說卻毫無意義。套管的磨損大幅度下降，而鉆桿接頭的磨損率幾乎與無環(huán)形加硬層的接頭一樣。20世紀(jì)90年代，由于定向井和水平井鉆井活動增加，鉆桿費(fèi)用上升，而交井時間延長。解決鉆特殊類型油井的鉆桿接頭磨損問題已提到了議事日程。1992年，Arnco技術(shù)公司開發(fā)出氯化鉻合金加硬層。這種加硬層在有效防止套管磨損的同時，也能大幅度降低鉆桿接頭的磨損。Arnco技術(shù)公司最近研制出一種環(huán)保型的無鉻加硬層材料。這種材料的抗磨損壽命與碳化鎢相當(dāng)，但其對套管的摩擦系數(shù)相當(dāng)?shù)汀Ｊ覂?nèi)和現(xiàn)場試驗(yàn)證明，這種環(huán)形加硬材料具有下列優(yōu)點(diǎn)。（1）比碳化鎢對套管的磨損低75%～95%；（2）克服了鉆柱對套管造成的損壞；（3）可以使用低厚度和低級別的套管；（4）降低了井下的摩阻和扭矩；（5）減輕了對環(huán)境的污染；（6）增加了鉆桿接頭的壽命。
（信息來源：機(jī)械電子頻道子站）
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