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钻具接头和其他钻井设备的环形加硬层技术问世于20世纪30年代。原先的环形加硬层主要用于防止钻杆和钻具早期磨损。自此，环形加硬层技术和环形加硬层的用途发生了很大的变化。最近几年，环形加硬层技术已用于套管、防喷器和隔水管。环形加硬层技术是当今钻井中使用的最简单，但也是最容易被忽视的技术。这项新技术多用于诸如水平井、大位移井和多分支井等大斜度定向井，在这些井中往往容易发生摩阻和扭矩过高的问题。摩阻和扭矩会使钻柱、防喷器和隔水管产生磨损。目前，市场上已有数种类型的抗磨损合金环形加硬层
，多数用于防护套管、防喷器、隔水管，也有用于防护钻杆的。但是只有一种或两种能同时防护所有的设备。已证实环形加硬层是最有效的降磨损方法。环形加硬层的应用在不断增加，达到了保护钻杆接头的目的。环形加硬层的主要问题是能造成多根套管严重磨损，从而导致套管损坏。如果有一种类型的环形加硬层，既可保护钻具，又不磨损套管，就可解决目前所面临的问题。不幸的是，为解决这一问题耗费了多年的时间，也曾试验过数种不同类型和不同结构的加硬层。但是因为多数套管和钻具接头的加硬层材料不能同时既保护钻具接头又保护套管，而使这一科研项目失败。70年来，因环形加硬层造成的套管损坏，要修补、侧钻甚至油井报废所损失的费用已达数百万美元。另外，钻具承包商修复钻柱和隔水管的经济损失也高达数百万美元。对于钻诸如定向井、水平井、大位移井以及到深水水域钻井，需要开发能降低因钻柱旋转后起下钻对套管后隔水管造成磨损的产品。美国能源部的MaurerEngineeringDEA-42研究成果表明，套管和隔水管损坏的主要原因是钻柱接头的摩擦造成的。1999年钻井界引进了一种新型抗磨损循环加硬层。经过15年的不断改进，目前这种抗磨损循环加硬层已成为一种解决钻柱接头对套管和隔水管造成磨损的主要方法。在20世纪30年代，钻杆接头的环形加硬层主要是减轻接头在裸眼井段中的磨损。这种环形加硬层在低碳钢接头上烧结碳化钨颗粒。这种方法能防止接头的磨损，但对套管造成了损坏。为了克服这一问题，采用不同形状的碳化钨颗粒，但是效果不明显。之后，休斯工具公司开发出SmoothXtm环形加硬层。这种环形加硬层是在接头上铣出若干沟槽，在沟槽中镶嵌抛光的碳化钨块。这种环形加硬层减轻了套管的磨损，很快成为石油工业界标准的钻杆加硬层。之后，Grantprideco购买了休斯工具公司的专利。到目前为止，仍然在使用这种环形加硬层技术。1990年，Amorphous技术公司开发出铬合金环形加硬层。这种材料的摩擦系数很低，降低了对套管的磨损。这一发明对油公司来说是前进了一大步，但对钻井承包商来说却毫无意义。套管的磨损大幅度下降，而钻杆接头的磨损率几乎与无环形加硬层的接头一样。20世纪90年代，由于定向井和水平井钻井活动增加，钻杆费用上升，而交井时间延长。解决钻特殊类型油井的钻杆接头磨损问题已提到了议事日程。1992年，Arnco技术公司开发出氯化铬合金加硬层。这种加硬层在有效防止套管磨损的同时，也能大幅度降低钻杆接头的磨损。Arnco技术公司最近研制出一种环保型的无铬加硬层材料。这种材料的抗磨损寿命与碳化钨相当，但其对套管的摩擦系数相当低。室内和现场试验证明，这种环形加硬材料具有下列优点。（1）比碳化钨对套管的磨损低75%～95%；（2）克服了钻柱对套管造成的损坏；（3）可以使用低厚度和低级别的套管；（4）降低了井下的摩阻和扭矩；（5）减轻了对环境的污染；（6）增加了钻杆接头的寿命。
（信息来源：机械电子频道子站）
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