铍铜合金在随钻测井中的应用

随钻测斜仪的抗压外筒、脉冲器、带螺纹的各种接头、在采矿或页岩气等碳氢化合物的取样工具、无磁钻铤等。随着中国石油勘探和钻井技术的进步，钻探控制系统研究取得了成功，国际上先进的MWD/LWD
无线随钻测斜仪关键技术已被突破，标志着中国的油气勘探技术跨入与国外石油巨头同一行列。中国产高强度等轴晶MWD/LWD
铍铜合金抗压外筒，对外承压可达到140MPa，同时能经受岩浆、泥沙的不断冲刷，使用效果等同于美国产品。

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铍铜合金在随钻测井系统和旋转导向钻井系统中的应用

中海油服的Drilog
随钻测井系统（简称“Drilog”）井下仪器有多种功能短节，主要包括随钻测量仪
DIM（MWD
系统）、工程参数测量仪DSM
和随钻电阻率伽马一体化测井仪ACPR
组成，这些短节需要进行机械电气连接形成测量系统
。如图2所示，MWD
短节和DSM
参数仪之间的连接属于插接适配连接，钻铤内部机电接口由硬连接和适配头插入对接实现，硬连接和适配头的材料均为铍铜合金（17200）。短节功能独立，具有故障定位方便，保养维护方便，研发周期上可分阶段实施，作业时可根据需要进行组合，接入方便。2
个功能短节连接时，既要保证钻铤连接可靠，内部流道合理通畅，还要确保供电和信号上下传递可靠，同时还要求较高的耐腐蚀性和高疲劳强度。

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铍铜合金在定向钻机随钻测量装置中的应用

在定向钻进过程中，为实现井眼轨迹控制，需在测量探管后端接下无磁钻杆，利用下无磁钻杆为测量仪器创造一个无磁环境，这就使得钻头与测量探管距离增大，从而影响了定位精度及测量效果。为此，国内外相关科研院所的科研人员从材料入手，选用无磁材料替代普通螺杆钻具的外管材料，开发了无磁螺杆钻具，现有无磁螺杆钻具的外壳材料大部分选用铍铜。无磁螺杆钻具的作用：一是避免由于使用普通螺杆钻具而对测量仪器产生的磁影响；二是避免使用无磁钻杆

或接头，减小了测量点与钻头位置的误差，提高了测量的准确性；三是可以屏蔽上下钻具及孔壁周围的磁场，以保证磁性测量仪器测量结果的准确性。

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铍铜合金在近钻头仪器中的应用

在石油勘探的随钻测井过程中，钻井轨迹需要更精确地按照工程设计的要求进行钻进，以便于能及时准确地掌握地层信息、识别薄油层，从而提高钻井效率，并把地层信息实时准确地传输到地面，这样技术人员才能及时地了解井眼轨迹的变化和地层信息的变化。为了实现这种功能，中海油发明了一种随钻近钻头测量装置，如图3所示，其中电池筒和电池筒尾部固定座主要使用铍青铜材料，主要考虑到铍青铜

中石化钻井工艺研究院设计近钻头仪器时分别选取了无磁钻铤材料（N1310B）和铍铜合金材料（QBe2）作为测量短接进行对比分析，随着测量壁厚的增加，两种材料所能够承受的极限扭矩都在增加，但铍铜材料所能承受的扭矩范围与增加的应变范围均高于无磁钻铤材料
；相同壁厚情况下，铍铜材料的测量短接所能承受的扭矩范围与应变范围都比较大，同时铍铜材料对相同扭矩输入的灵敏度也较无磁钢高，故实际选用了铍铜合金材料加工制作测量短接的传感器部分。

利用铍青铜的弹性系数小、屈服极限大的特点，设计的测量短节既可以增加测量短接的机械应变量，减小转换电路部分的放大倍数，又可以提高测量系统的抗干扰能力。

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应用中出现的问题

铍铜合金在随钻测井中得到了广泛应用，但是在应用中也出现了一些问题。铍铜无磁钻杆在晋煤寺河矿用ZYWL-6000DS
定向钻机进行了工业性试验，一次性成功钻进孔深1008m，但在晋煤集团长平矿、汾西双柳矿进行使用时，总钻进深度未到2
000m，铍铜无磁钻杆发生了断裂，造成测量探管、下无磁钻杆和螺杆孔底马达掉落孔内。无磁钻杆断裂都发生在有塌孔现象造成卡钻事故，在旋转、拉动或强力起拔钻具时。

2020年12月28日，中海油服深圳作业公司的
EP24-2平台发生一起钻井工具断裂故障。具体情况是仪器正常钻进至664m，接完立柱测斜，MWD
三次测斜不成功，尝试高低排量切换测斜未成功，BCMP
在高排量3
300l/m
下
FID8出测斜（井斜21度）时信号消失。拆开仪器，检查硬连接情况，发现
DIM2下端无硬连接，硬连接已经从探管末端断开，继续拆甩
DIM2下端
NMDC，从马达上端发现掉落的硬连接堵头，此时硬连接堵头一部分断在硬连接里面。断裂原因主要是应力集中引起的疲劳断裂，铍青铜在时效状态下抗拉强度达1
000MPa
以上，但伸长率降低至5%
以下，韧性变差，在井下复杂应力作用下极易造成脆断，同时热处理不当、加工工艺处理不当、表面处理方式不当也容易造成铍青铜抗拉强度降低而造成断裂。

结语

铍青铜具有优异的材料性能，在很多高端领域都得到广泛应用，在石油随钻测井领域中也有着其他材料不可替代的优越性。目前铍青铜材料在广泛应用的同时也出现一些隐患，为了能更好地利用铍青铜材料，就需充分了解铍铜铜的性能特点，制定出一套完整有效的热处理、表面处理、加工等标准，依照标准来获得适合自己使用的合格铍青铜产品。