石 油机械 ２０１４年第４２卷第２期 ＣＨＩＮＡ ＰＥＴＲ０ＬＥＵＭ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ ●钻井技术与装备 气体钻井钻柱失效的热因素分析 罗 整 李金和 温 杰 蒋 杰 （川庚钻探工程公司钻采工程技术研究院） 摘要：针对气体钻井钻柱频繁失效问题，建立了钻柱与井壁摩擦生热闪温温升计算模型，研 究了局部温升在钻柱表面产生的热应力，通过平均表面传热系数评价了气体钻井环空压缩空气对 局部摩擦热的携热能力，并给出了计算算例。研究结果表明，钻柱对井壁的侧向力较大时，钻柱 与井壁的接触摩擦可以使钻柱局部表面产生高达几百摄氏度的闪温温升，该温升使钻柱局部表面 产生很大的热应力，随后高速气流携走全部或部分摩擦热。分析认为，摩擦热是导致气体钻井钻 柱异常失效的重要因素。热过载或热疲劳与机械载荷共同作用使钻柱表面产生微裂纹，从而加速 气体钻井钻柱失效。 关键词：气体钻井；钻柱失效；摩擦热；热疲劳；热过载 中图分类号：ＴＥ９２１ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—４５７８．２０１４．０２．００７ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｆａｃｔｏｒｓ ｆｏｒ Ｓｔｒｉｎｇ Ｆａｉｌｕｒｅ ｉｎ Ｇａｓ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｌｕｏ Ｚｈｅｎｇ Ｌｉ Ｊｉｎｈｅ Ｗｅｎ Ｊｉｅ Ｊｉａｎｇ Ｊｉｅ （Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｕａｎｑｉｎｇ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｅｎｇｉｅｎｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｌｉｇｈｔ ｏｆ ｒｆｅｑｕｅｎｔ ｄｒｉｌｌ ｓｔｒｉｎｇ ｆａｉｌｕｒｅ ｉｎ ｇａｓ ｄｒｉｌｌｉｎｇ，ｔｈｅ ｆｌａｓｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｉｓｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｄｒｉｌｌ ｓｔｉｒｎｇ ａｎｄ ｗｅｌｌ ｗａｌｌ ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ ｈｅａｔ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｏｎ ｓｔｉｒｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ｂｙ ｌｏｃａｌ ｔｅｍ・ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｉｓｅ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｒｆｉｃｔｉｏｎａｌ ｈｅａｔ－ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ａｎｎｕｌａｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ａｉｒ ｉｎ ｇａｓ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｗａｓ ｅ— ｖａｌｕａｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ａｖｅｒａｇｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｅｆｉｆｃｉｅｎｔ．Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｗａｓ ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｉｎｄｉｎｇｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ，ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｌａｔｅｒａｌ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ｄｒｉｌｌ ｓｔｉｒｎｇ ｔｏ ｗｅｌｌ ｗａｌｌ ｉｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅ，ｔｈｅ ｓｔｉｒｎｇ—ｗａｌｌ ｃｏｎｔａｃｔ ｆｉｒｃｔｉｏｎ ｃａｎ ｐｒｏ－ ｄｕｃｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｉｓｅ ｏｆ ｓｅｖｅｒａｌ ｈｕｎｄｒｅｄ ｄｅｇｒｅｅｓ Ｃｅｌｓｉｕｓ ｏｎ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｄｒｉｌｌ ｓｔｒｉｎｇ．Ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｉｓｅ ｌｅａｄｓ ｔｏ ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｏｎ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｄｒｉｌｌ ｓｔｉｒｎｇ．Ｔｈｅｎ，ｈｉｇｈ－ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｉｒ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃａｒｒｉｅｓ ａｗａｙ ａｌｌ ｏｒ ｐａｒｔ ｏｆ ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ ｈｅａｔ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｆｉｒｃｔｉｏｎａｌ ｈｅａｔ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｅａｓｏｎ ｆｏｒ ｄｒｉｌｌ ｓｔｒｉｎｇ ｆａｉｌｕｒｅ ｉｎ ｇａｓ ｄｒｉｌｌｉｎｇ．Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅｒｍａｌ ｏｖｅｒｌｏａｄ ｏｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｆａｔｉｇｕｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｌｏａｄ ｐｒｏｄｕｃｅｓ ｍｉｃｒｏｃｒａｃｋｓ ｏｎ ｓｔｒｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ，ｔｈｕｓ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇ ｓｔｒｉｎｇ ｆａｉｌｕｒｅ ｉｎ ｇａｓ ｄｒｉｌｌｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇａｓ ｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｄｒｉｌｌ ｓｔｒｉｎｇ ｆａｉｌｕｒｅ；ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ ｈｅａｔ；ｔｈｅｒｍａｌ ｆａｔｉｇｕｅ；ｔｈｅｒｍａｌ ｏｖｅｒｌｏａｄ 气体钻井钻柱失效主要表现为钻铤内、外螺纹 ０ 引 言 及钻柱本体的断裂。目前行业共识认为，气体钻井 钻柱失效是振动、冲蚀、腐蚀和冲击中的某种因素 气体钻井以其可大幅提高机械钻速、有效发现 或多因素的耦合作用造成的。除振动等因素外，钻 及保护油气层和高效治理恶性井漏等优点而获得快 柱与井壁之间的剧烈碰撞和干摩擦可能在钻柱表面 速发展，同时也暴露出了亟需解决的技术问题，其 产生大量的局部热，局部热产生的热应力可能是影 中钻柱频繁失效已经成为严重制约其发展的瓶颈问 响钻柱失效的重要因素…。Ｅａｔｏｎ＿２ 和Ａｌｔｅｒｍａｎｎ 题之一。气体钻井钻柱失效概率约为钻井液钻井钻 等＿３ 通过对钻井液钻井中失效钻柱案例的分析认 柱失效的２～３倍，迫切需要弄清其失效机理，并 为，在某一小段时间内钻柱与井壁的摩擦发生在同 研究制订有效的预防措施。 一局部位置且每次的摩擦热量都不能完全被钻井液 石 油机械 ２０１４年第４２卷第２期 带走，于是每次剩余的热量就积累下来，使钻柱表 面局部被加热到钢材相变临界温度以上，从而出现 热过载现象。热过载引起的相变导致裂纹萌生，在 机械载荷的耦合作用下最终引发钻柱失效。Ｈｅｈｎ 等 研究了某例大位移钻井液钻井中的灾难性钻 柱断裂事故，通过理论和检测分析也认为水平段钻 柱与井壁之间的持续摩擦生热使钢材相变并产生热 裂纹。 但目前对气体钻井钻柱与井壁摩擦的生热量、 该局部热产生的热应力及循环介质的携热能力尚缺 乏一套计算模型与评价方法。为此，笔者建立了一 套气体钻井摩擦热致钻柱失效问题的计算模型，并 给出了计算算例分析热应力对钻柱的作用机制。 １ 理论计算模型建立 １．１ 钻柱与井壁接触摩擦模型 钻井过程中，钻柱既存在自转，也存在公转。 偏离井眼轴心线的公转引起了钻柱与井壁接触并产 生碰撞摩擦，由于实钻井眼都存在狗腿度，即使是 直井或直井段也存在井斜和方位漂移问题，这会加 剧钻柱与井壁之间的碰撞和摩擦，钻柱接头处尤为 严重。气体钻井由于缺乏钻井液的润滑和粘滞作 用，钻柱与井壁的碰撞摩擦强度会更大，会产生更 多的摩擦热。图１为气体钻井钻柱与井壁之间的摩 擦示意图。图中 为钻柱转速， 为钻柱对井壁 （套管）作用的法向载荷， 为钻柱与井壁之间的 摩擦因数。 ａ．钻柱接头与井壁 ｂ．钻柱本体与井壁 图１钻柱与井壁之间的示意摩擦图 Ｆｉｇ．１ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｄｒｉｌｌ ｓｔｒｉｎｇ ａｎｄ ｗｅｌｌ ｗＭ１ １．２摩擦热温升计算模型 钻柱与井壁之间的摩擦生热、能量转化及摩擦 接触面传热问题非常复杂，为简化问题，笔者只考 虑钻柱侧向力、钻柱外表面与井壁相对接触速度 （即接触线速度）及钻柱与井壁之间摩擦因数３个 主要的影响因素。 钻柱与井壁单次摩擦之后，根据理论分析，接 触部位的表面温度可由摩擦前温度 升高到 。●● ＿＿ 根据热平衡原理 ，闪温温升方程如下： ＡＴ＝ 一 ＝ （１） 式中，△ 为钻柱摩擦表面平均温升，℃； 为钻柱表 面与井壁的相对线速度，ｍ／ｓ；ｈ 为钻柱材料的传 热系数，ｗ／（ｍ ・℃）；Ａ 为摩擦接触面积，ｍ。。 １．３循环介质携热计算模型 气体钻井过程中，循环介质与钻柱之间所发生 的热量交换形式为环空内有界强制对流换热。采用 Ｄｉｔｔｕｓ—Ｂｏｅｌｔｅｒ模型ｌ６ 及考虑不均匀物性场对换热的 影响，可得出努塞尔数的表达式： Ｎｕ：０．０２３Ｒｅ Ｐｒ （２） 其中 ⅣＭ： （３） Ａ Ｒｅ：ｖｊｐｊｄ ｒ４） 根据式（２）～式（４），得出空气平均表面传 热系数表达式，以其来衡量压缩空气携热能力。 ０．０２３ｆ ｖｊｐｊｃｌ１ Ｐｒ Ａ ｈ ＝—— 一 （５） 式中， 为努塞尔数；Ｒｅ为雷诺数；Ｐｒ为普朗特 数；Ａ为空气的导热系数，Ｗ／（ｍ・ｏＣ）；ｈ 为介 质（空气）平均表面传热系数，Ｗ／（ｍ ・ｏＣ）；ｄ 为被冷却管体（钻柱）的外径，ｍ； 为介质运动 黏度，ｍ ／ｓ；Ｖｉ为介质流速，ｍ／ｓ；凡为指数，当 流体被加热时， ＝０．４，当流体被冷却时，ｎ＝ ０．３，这里流体被加热，因此ｎ＝０．４；Ｐ 为介质密 度，ｋｇ／ｍ 。 再根据牛顿冷却公式，计算出压缩空气在１ Ｓ 内的携热量，表达式为： Ｑ＝ｈｇＡ Ａｔ （６） 式中，Ｑ为空气携热量，Ｊ；Ａｔ为钻柱与井壁摩擦 升温后与空气的温差，℃。 最后，根据传热量与温度的关系可得环空压缩 空气携热后钻柱温升处降低的温度。表达式为： △ ＝ （７） 式中，△ 为压缩空气携热后降低的温度，ｏＣ；ｃ为 钻柱材料的比热容，Ｊ／（ｋｇ・Ｃｃ）；ｍ为钻柱局部 受热的质量，ｋｇ。 石 油机械 ２０１４年第４２卷第２期 由图４、图５可知，局部温升对钻柱应力的影 响非常大，两者基本呈线性关系。结合表１可知， 在工程中可能出现的相对恶劣的钻柱与井壁接触情 况下（如侧向力为８ ｋＮ、相对转速为５５ ｒ／ｍｉｎ、 摩擦因数为０．５５），钻柱局部的综合应力将达到和 超过钻柱的屈服强度（Ｓ１３５钻杆的屈服强度为９１３ ～１ １３８ ＭＰａ）。局部热以及粘滑振动工况下（瞬时 扭矩很大），机械载荷的影响也会导致钻柱发生表 面屈服 。 在以空气为循环介质的气体钻井过程中，压缩 空气在环空中的流速是变化的，根据现场数据：采 用正向循环，空气运动黏度为１．７３ Ｘ １０ ｍ ／ｓ， 普朗特数为０．７，导热系数为０．０２５ ９ Ｗ／（ｍ ・℃）。计算出空气在不同环空处的流速，然后由 式（３）可计算出空气在对应位置的平均表面传热 系数，结果如图６所示。 ０ ０＿ＩＥ ０主 。 覆 坦 图６ 空气钻井不同井深环空处空气 流速及平均表面传热系数曲线 Ｆｉｇ．６ Ｃｕｒｖｅ ｏｆ ａｉｒ ｒａｔｅ ａｎｄ ａｖｅｒａｇｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｎ ａｎｎｕｌｕｓ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｅｌｌ ｄｅｐｔｈｓ ｉｎ ａｉｒ ｄｒｉｌｌｉｎｇ 根据不同井深处环空介质的传热系数计算结果 以及前文的携热公式和温降公式，可计算出不同井 段处循环介质的携热量，最后得出温升处降低的温 度。经过试验测得，空气钻井钻柱与井壁的平均摩 擦因数约为０．４。空气注入量为２～４ ｍ ／ｓ；转速为 ５０ ｒ／ｍｉｎ；侧向力一般为４ ４１０ Ｎ＿８ Ｊ。钻柱的比热容 为４６０ Ｊ／（ｋｇ・℃），密度为７．８ Ｘ １０。ｋｇ／ｍ 。不 同注气量不同井段处温降计算结果见图７。 井深／ｋｍ 图７不同空气注入量下温升处的温降 Ｆｉｇ．７ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｒｏｐ ａｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｉｓｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｉｒ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎｓ 由图６和图７可知，环空压缩空气在高速下有 较高的携热和降温能力，尤其在上部和底部井段更 是如此。结合表１中的温升计算结果可以知道，中 部井段钻柱相比上部与底部井段钻柱更容易发生热 积累。 ２．２气体钻井钻柱热致失效机理分析 钻柱与井壁摩擦过程中的能量耗散形式主要有 ２种：热能和机械能。摩擦常伴随塑性变形，在摩 擦引起的塑性变形中，摩擦能的９５％通过热形式 扩散 Ｊ，且随着应变的加大或温度的上升，这个 百分比会增加。因此，钻柱与井壁摩擦表面的温升 是一个不容忽视的问题。 摩擦副表面的迅速温升会导致热过载或热疲 劳。摩擦热的快速加热作用使得钢材表面局部升 温，从而在钢材体内产生较大温度梯度和热应力。 在热应力和结构应力（机械载荷产生）的叠加作 用下，钻柱表面在重复的摩擦生热与冷却作用下终 会产生热疲劳或热过载，引发钻柱表面金属晶格位 错和断裂。 笔者的计算算例也证实了热过载和热疲劳的可 能性。在部分常见的钻井参数区间内，钻柱与井壁 局部摩擦导致的闪温超过钢材的相变临界温度，间 断的摩擦使某些井段钻柱反复出现热过载；同时， 循环介质连续流动对钻柱局部温升有冷却作用，钻 柱局部出现热疲劳，中部井段钻柱由于流速较低介 质携热能力稍弱，该处钻柱的局部摩擦热不能全部 被空气携走，钻柱局部发生热积累，热积累最终导 致热过载。热影响和机械载荷同时作用于钻柱，加 速钻柱微裂纹的产生。 钻柱微裂纹产生后，在机械载荷的作用下裂纹 的发展就进入第２阶段，即长大或扩展期。钻柱在 井下旋转运动中，受轴向拉力、侧向接触力和摩擦 力、弯曲载荷及扭矩作用。随着钻柱的旋转运动， 交变或间歇的环境载荷使钻柱表面裂纹不断的张开 或闭合，加速裂纹的扩展。当钻柱裂纹长大或扩展 到一定临界尺寸时，在外力的作用下就会发生脆性 断裂。 ３ 结 论 （１）摩擦热是导致气体钻井中钻柱异常失效 的重要因素。钻柱与井壁的摩擦热对钻柱局部区域 急速加热形成闪温温升，钻柱局部表面产生高幅热 应力。 （下转第３９页） ２０１４年第４２卷第２期 沈龙泽等：海洋石油平台自动化管路布局优化算法设计 １）：３４４—３４７． 一３９一 法局部寻优能力差的问题。对遗传操作设计了等温 和退温内、外２层循环，提高了算法的收敛速度和 ［７］ 伊鹏，刘衍聪，石永军，等．基于改进自适应遗传 算法的海洋平台管路优化设计方法［Ｊ］．中国海上 油气，２０１０，２２（２）：１３４—１３８． 能力。算法能有效控制管段长度和弯头数量，提高 设计效率，降低建设成本，用于海洋石油平台管路 布局设计可取得较好的经济效益。 参考文献 ［８］ Ｑｎ Ｙａｎｇ，Ｌｉｕ Ｙａｎｃｏｎｇ，Ｙｉ Ｐｅｎｇ，ｅｔ ａ１．Ａ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌ— ｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｐｉｐｅ ｒｏｕｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ［Ｊ］． ＣＡＤＤＭ，２０１０，２０（２）：８—１４． ［９］ 马晨宇，李伟，陈祖舜．空间机器人路径规划的姿 冯军，应文烨，陈宾康．基于遗产算法三维管路布 态空间快速计算方法［Ｊ］．清华大学学报：自然科 置设计方法［Ｊ］．交通与计算机，２００４，２２（３）： 学版，１９９７，３５（５）：１—６． ７５—７８． ［１０］ 陈国良，王熙法．遗传算法及应用［Ｍ］．北京： ［２］ Ｉｔｏ Ｔ．Ａ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｐｉｐｉｎｇ ｒｏｕｔｅ ｐａｔｈ 北京人民邮电出版社，１９９６． ｐｌａｎｎｉｎｇ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ， 周明，孙树栋，彭炎午．基于遗传模拟退火算法的 １９９９（１０）：１０３—１１４． 机器人路径规划［Ｊ］．航空学报，１９９８，１９（１）： ［３］ 樊江，马牧，杨晓光．航空发动机外部管路自动敷 ｌ１８一】２０． 设研究［Ｊ］．机械设计，２００３，２０（７）：２１—２３． ［４］ 范小宁，林焰，纪卓尚．船舶管路三维布局优化的 变长度编码遗传算法［Ｊ］．中国造船，２００７，４８ 第一作者简介：沈龙泽，生于１９８８年，中国石油大学 （１）：８２—９０． （华东）机电工程学院在读硕士研究生，主要研究方向为 ［５］ 周洪伟，原锦辉，张来顺．遗传算法“早熟”现象 海洋平台自动化管路布局设计。地址：（２６６５８０）山东省青岛 的改进策略［Ｊ］．计算机工程，２００７，３３（１９）： 市。Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｈｅｎ２００７８８＠１２６．ｃｏｒｎ。 ２０１—２０３． 收稿日期：２０１３—０８—１５ ［６］ 颜建军，郑建荣，夏春明，等．任意实体最小包容 （本文编辑刘锋） 盒的确定［Ｊ］．中国机械工程，２００６，１７（增刊 （上接第３０页） ｋｉｎｇ ｔｏｏｌ ｊｏｉｎｔｓ［Ｒ］．ＳＰＥ ２３８４６． （２）当钻柱转速高、接触力大、井眼粗糙、 ［４］ ＨｅＭ Ｌ，Ｊｅｌｌｉｓｏｎ Ｍ，Ｗｙｂｌｅ Ｋ，ｅｔ ａ１．Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ ｄｒｉ－ 狗腿度严重、注气量低或井眼扩大严重（气流速 ｌｌｓｔｒｉｎｇ ｆａｉｌｕｒｅｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｄｏｗｎｈｏｌｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｈｅａｔｉｎｇ—ａｎ 度低）时，摩擦热易在钻柱表面积累，并可能超 ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｒｅｎｄ．ＳＰＥ／ＩＡＤＣ １０５０２６． 过钻柱材料的相变临界温度，从而导致热过载；当 ［５］ 薛景文．摩擦学及润滑技术［Ｍ］．北京：兵器工 钻柱转速低、接触力小、井眼光滑、井身质量高、 业出版社，１９９２． ［６］ 杨世铭，陶文铨．传热学［Ｍ］．３版．北京：高等 注气量大或井眼扩径不严重时，反复的摩擦生热和 教育出版社． 快速冷却使钻柱承受交变热载荷，从而导致热疲 ［７］ Ｖｅｒｎｏｎ Ｒ Ｊ．Ｗａｄｅ Ｅ Ｈ Ｒ．Ｂｅｙｏｎｄ ｈｅａｔ ｃｈｅｃｋｉｎｇ：Ｆｒｉ— 劳；热过载或热疲劳与机械载荷共同作用使钻柱表 ｃｔｉｏｎａｌ ｈｅａｔｉｎｇ ｃａｕｓｅｓ ｄｒｉｌｌｐｉｐｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｉｎ ａｎ ｅｘｔｅｎｄｅｄ— 面产生微裂纹，从而加速气体钻井钻柱失效。 ｒｅａｃｈ ｗｅｌｌ ｆ Ｒ１．ＳＰＥ ８６５６２． （３）为减轻摩擦热的影响，应尽量降低钻柱 ［８］ Ｊｅｌｌｉｓｏｎ Ｍ Ｊ，Ｈｅｈｎ Ｌ，Ｃｈａｎｄｌｅｒ Ｒ Ｂ，ｅｔ ａ１．Ｓｅｖｅｒｅ 与井壁的摩擦强度，提高循环介质携热能力。建议 ｄｏｗｎｈｏｌｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ ｈｅａｔｉｎｇ ｄｒｉｖｉｎｇ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｄｒｉｌｌｓｔｒｉｎｇ 采用低转速的空气锤钻井工艺、使用低摩擦因数的 ｆａｉｌｕｒｅｓ『Ｒ］．ＳＰＥ １０７６４６． 专用保护工柱、适当提高注气量、合理设计ＢＨＡ ［９］ 刘道平．对滑动摩擦热效应问题的认识［Ｊ］．润滑 以确保井身质量和抑制井眼扩大。 与密封，１９９４（６）：１１—１４． 参考文献 祝效华，蒋祖军，童华，等．气体钻井钻具失效因 第一作者简介：罗整，工程师，生于１９８１年，２００５ 素与机理分析［Ｊ］．石油钻探技术，２００９，３７ 年毕业于西南石油学院机械制造及其自动化专业，现从事 （２）：６０—６２． 气体钻井技术工艺、装备研究和管理工作。地址：（６１８３００） ［２］ Ｅａｔｏｎ Ｌ Ｆ．Ｔｏｏｌ ｊｏｉｎｔ ｈｅａｔ ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｗｈｉｌｅ ｐｒｅｄｒｉｌｌｉｎｇ ｆｏｒ 四川省广汉市。Ｅ—ｍａｉｌ：３１４０２３４９６＠ｑｑ．ｃｏｍ。 ａｕｇｅｒ ＴＬＰ ｐｒｏｊｅｃｔ［Ｒ］．ＳＰＥ。２５７７６． 收稿日期：２０１３—０８—０８ ［３］ Ａｌｔｅｒｍａｎｎ Ｊ Ａ．Ｓｍｉｔｈ Ｔ Ｂ．Ｈｅａｔ ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｑｕｅｎｃｈ ｃｒａｃ一 （本文编辑刘锋）
