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避免钻杆非正常失效的措施

2018-07-02 15:33:01 qjjx

钻杆的基本力学情况,钻杆在内外充满钻井液的狭长井眼里工作,通常承受压、弯、扭、液力等载荷。如果钻杆所受应力小于每平方米206.8牛顿时,钻杆虽经过无数次的弯曲,也不会产生疲劳裂纹。钻井时钻杆承受弯曲、扭转和拉伸应力组成的复合应力很大,特别是在大位移定向井及水平井中扭矩极大,钻杆在100万次弯曲次数时便产生疲劳微裂纹;微裂纹产生后便不断扩大延伸,此时如果具有腐蚀作用的高压钻井液进人微裂纹中,就会加速裂纹扩展,最终导致钻井液刺穿钻杆的失效事故。刺穿发展的结果,使钻杆有效断面不断缩小,刺孔加裂纹的总长度超过其临界裂纹尺寸时,即发生断裂。除旋转向下的运动,同时还有钻杆的各种振动和涡动。

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根据钻杆的失效原因分析,钻杆除正常磨损而失效外,钻杆的非正常失效原因可分为为两个方面:工人操作原因和钻杆自身质量原因。因此,我们可以从提高钻杆质量和规范操作两方而来避免钻杆非正常失效。

提高钻杆质量

(1)钻杆材料选择:为适应钻杆的受力分析,钻杆杆体应有较高的抗拉强度、较好抗弯性能和较好的冲击韧性。杆体材料应选择中碳合金结构无缝钢管,合金元素中应含有较多的Cr、Mo等元素以提高材料的抗拉强度和冲击韧性,含有Mn、Si等元素以提高材料的弹性(即抗弯性能)。有时还含有微量的B、V等元素以提高材料的淬透性。

常用的杆体材料有:R90、R780、DZ50、DZ40、36Mn2V>35CrMo>42MnlMo7>35CrMnSi、45MnMoB等。

用于杆体的无缝钢管的壁厚均匀度和轧制缺陷也是影响钻杆质量的重要因素。如轧制的钢管壁厚不均匀情况严重,当钻杆较大的扭力作用时,容易在壁厚较薄处纵向裂开。有的钢管有重皮、气孔等缺陷,钻杆易从此处产生应力集中断裂或刺漏。

钻杆接头受力最为复杂,接头材料须有很高综合机械性能。钻杆接头多采用35CrMo或42CrMo.30CrMnSiA棒料制造,但经过锻造的接头材料能大大提高其综合机械性能。

(2)加工工艺选择:目前国内钻杆从加工工艺分主要有整体锻造钻杆(简称整体钻杆)、摩擦焊钻杆(简称仿英钻杆)。

(3)丝扣的表面处理:丝扣表面氮化处理能有效地防止粘扣,还能提高丝扣的耐磨性,从而提高其使用寿命。氮化层厚度一般在0.2~0.3mm,厚度过大容易产生碎性裂纹,厚度过小则抗粘扣效果差。整体钻杆无法进行氮化处理,取而代之的是层厚小得多的磷化处理。

(4)螺纹加工精度:接头螺纹应在数控车床上用成形螺纹车刀加工,应尽量提高螺纹牙的表面质量,降低其表面粗糙度值(Ral.6pm)提高光洁度,减少应力集中且有利保证钻杆的互换性。接头螺纹紧密距应控制在合理的范围之内,保证丝扣啮合良好。