Φ127mmS135鉆桿接頭刺孔失效分析

分析了某井一批雙臺(tái)肩鉆桿接頭開(kāi)裂失效事故。試驗(yàn)分析表明,裂紋主要位于外螺紋臺(tái)肩面附近的頸部和第1~3牙螺紋根部,具有沿晶、分枝擴(kuò)展特征。掃描電鏡斷口形貌和能譜分析結(jié)果證實(shí)該批鉆桿接頭屬于h2s應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂,導(dǎo)致接頭開(kāi)裂的主要原因是鉆桿接頭材料強(qiáng)度和硬度偏高,鉆桿接頭內(nèi)徑偏大,使失效部位的應(yīng)力水平增大,且鉆桿接頭本身承受扭矩過(guò)大。分析結(jié)果對(duì)雙臺(tái)肩接頭的研究開(kāi)發(fā)和使用具有很好的參考價(jià)值。

鉆桿接頭和轉(zhuǎn)換接頭失效的形式主要有過(guò)量變形、斷裂和表面損傷三類。其中斷裂失效表現(xiàn)為過(guò)載斷裂、低應(yīng)力脆斷、應(yīng)力腐蝕、氫脆斷、疲勞和腐蝕疲勞斷裂。它們產(chǎn)生的原因和破壞發(fā)生的特點(diǎn)都不一。文內(nèi)以5個(gè)例證分別進(jìn)行分析,并提出預(yù)防的措施。

對(duì)某油井發(fā)生的127mms135鉆桿內(nèi)螺紋接頭脹扣失效事故及其原因進(jìn)行了調(diào)查分析,并且對(duì)避免同類事故的發(fā)生提出了建議。認(rèn)為在鉆桿接頭的材質(zhì)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下,導(dǎo)致鉆桿內(nèi)螺紋接頭脹扣失效的原因是外螺紋接頭密封臺(tái)肩面倒角直徑過(guò)小,井下鉆柱扭矩過(guò)大;內(nèi)螺紋接頭密封臺(tái)肩面承受的接觸壓力超過(guò)材料屈服強(qiáng)度,導(dǎo)致內(nèi)螺紋接頭密封臺(tái)肩面下陷變形,外螺紋接頭密封臺(tái)肩面在大扭矩的作用下進(jìn)入內(nèi)螺紋接頭鏜孔段,致使內(nèi)螺紋接頭發(fā)生脹扣失效。

通過(guò)力學(xué)性能測(cè)試、化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)和斷口分析等方法對(duì)某井發(fā)生的鉆桿接頭臺(tái)肩根部刺漏失效原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:材料沖擊功低于標(biāo)準(zhǔn)要求,接頭臺(tái)肩根部受到嚴(yán)重腐蝕,形成大而深的腐蝕坑,在交變應(yīng)力作用下,裂紋萌生于腐蝕坑底部,并迅速擴(kuò)展,最終導(dǎo)致鉆桿接頭發(fā)生早期腐蝕疲勞失效。

鉆桿及其接頭的早期失效分析與措施研究 [摘要]鉆桿失效表現(xiàn)在三個(gè)方面：本體斷裂、刺漏、鉆桿螺紋處失效。本文 將分析并探討鉆桿及其接頭的早期失效類型、失效形式、失效原因，并且根據(jù)分 析原因去尋找應(yīng)對(duì)的方法以及預(yù)防的辦法。通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化的鉆桿結(jié)構(gòu)，提升鉆桿 質(zhì)量，使鉆桿失效事故發(fā)生的概率下降。 [關(guān)鍵詞]分析原因鉆桿失效優(yōu)化設(shè)計(jì)預(yù)防措施鉆具 0前言 失效分析是分析判斷材料的失效模式、性質(zhì)、原因、研究失效事故處理方法 和預(yù)防再失效的技術(shù)活動(dòng)與管理活動(dòng)，是一種科學(xué)的分析方法。本文將對(duì)鉆桿失 效進(jìn)行分析。鉆桿很容易受到磨損以及腐蝕等問(wèn)題的影響從而引發(fā)失效事故。而 僅僅是在我們國(guó)家的油田之中發(fā)生的鉆桿失效事故就多達(dá)數(shù)百起，鉆桿失效不僅 會(huì)造成極大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)的損失，并且常常影響到工程的進(jìn)度，后果十分嚴(yán)重。失 敗乃是成功之母，通過(guò)研究鉆桿失效，推進(jìn)提高鉆桿質(zhì)量以及加強(qiáng)研

鉆桿內(nèi)螺紋接頭失效分析

空氣鉆井因效率高、鉆速快而被廣泛應(yīng)用于油氣田開(kāi)采,但高速氣流在鉆桿內(nèi)的顫振及漩渦沖蝕易導(dǎo)致鉆桿的失效與斷裂,尤其是鉆桿公母接頭內(nèi)不連續(xù)處。國(guó)內(nèi)外學(xué)者大都從有限元角度研究鉆桿自身的應(yīng)力分布,而對(duì)桿內(nèi)流體流動(dòng)對(duì)鉆桿接頭應(yīng)力荷載方面的研究甚少。筆者基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法,建立了空氣鉆井鉆桿接頭處流場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型,通過(guò)數(shù)值模擬研究,得出了不同深度鉆桿接頭處的壓強(qiáng)、流速及剪切應(yīng)力分布。

偏心鉆桿接頭的設(shè)計(jì)

根據(jù)大型工程鉆機(jī)和豎井鉆機(jī)的特點(diǎn),詳細(xì)討論了鉆桿的受力狀況及失效方式,指出附加彎矩是造成鉆桿斷裂的主要因素。為降低附加彎矩的影響,引入了連接鉆頭和鉆桿的柔性接頭,論述了其工作原理和設(shè)計(jì)思想。實(shí)際應(yīng)用表明,柔性接頭技術(shù)可以顯著降低附加彎矩,避免鉆桿斷裂等事故的發(fā)生。

1·問(wèn)題的提出在地質(zhì)勘探中,鉆機(jī)通過(guò)鉆桿和各種管接頭將扭矩和軸向壓力傳到鉆頭,從而對(duì)巖層不斷地進(jìn)行破碎。因此鉆桿管接頭除了外表面不斷與孔壁巖層發(fā)生摩擦外,還承受巨大的彎曲扭轉(zhuǎn)及沖擊力的作用,而且管接頭的絲扣處還容易產(chǎn)生磨損變形。根據(jù)鉆具的工作條件,要求鉆桿的接頭必須具備強(qiáng)度高、韌性好、表面耐磨性高、抗彎力強(qiáng)。因此鉆桿接頭一般采用合金結(jié)構(gòu)鋼(如

某井鉆桿在使用中發(fā)生接頭脹大和脫扣事故。采用化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測(cè)定、宏觀和微觀組織檢驗(yàn)、尺寸測(cè)量及鉆桿的力學(xué)分析等方法對(duì)其進(jìn)行了分析和討論。結(jié)果表明,鉆桿接頭材質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求,鉆桿接頭在使用過(guò)程中脹大失效的原因主要是井下扭矩超過(guò)了鉆桿接頭的承載能力所致。

鉆桿工具接頭的抗扭強(qiáng)度普遍低于管體,為滿足使用需要,考慮選擇非api雙臺(tái)肩高抗扭矩接頭。為此,使用i-deas和marc兩個(gè)大型有限元分析軟件,在sgiindig02impactr10000型工作站進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真,對(duì)s-135鉆桿接頭雙臺(tái)肩齒面與臺(tái)肩部位應(yīng)力分布進(jìn)行分析,并將計(jì)算結(jié)果與api標(biāo)準(zhǔn)接頭進(jìn)行對(duì)此。結(jié)果表明,雙臺(tái)肩工具接頭的抗扭能力是api標(biāo)準(zhǔn)接頭的1.5倍。

疲勞損壞是導(dǎo)致礦用鉆桿接頭失效的主要原因之一。以準(zhǔn)50的六方形鉆桿接頭為研究對(duì)象,采用solidworks建立接頭主要零部件的三維模型,導(dǎo)入ansys對(duì)其進(jìn)行有限元分析。利用42crmo材料的s-n曲線,得到鉆桿接頭的疲勞壽命、應(yīng)力集中分布情況,為合理地使用礦用鉆桿和進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)、改進(jìn)結(jié)構(gòu)提供了理論依據(jù)。

隨著鉆井技術(shù)的進(jìn)步,要求鉆桿接頭可傳遞更大的扭矩以適應(yīng)各種復(fù)雜的工作環(huán)境,因此對(duì)其抗扭性能研究變得尤為重要。為此,設(shè)計(jì)了一種新型雙臺(tái)肩鉆桿接頭。與一般的雙臺(tái)肩鉆桿接頭相比,新型鉆桿接頭增加了外螺紋接頭和內(nèi)螺紋接頭圓柱孔部分的長(zhǎng)度,使得鉆桿接頭可以保證鉆桿在井下傳遞更大的扭矩而不發(fā)生失效。利用有限元軟件建立了api標(biāo)準(zhǔn)接頭和新型雙臺(tái)肩鉆桿接頭的有限元分析模型。由有限元計(jì)算結(jié)果可知,新型雙臺(tái)肩鉆桿接頭的抗扭能力明顯高于api標(biāo)準(zhǔn)接頭,可傳遞更大的扭矩。油田中應(yīng)用也表明新型雙臺(tái)肩鉆桿接頭的性能優(yōu)于api標(biāo)準(zhǔn)接頭。

一種防卡型鉆桿接頭

本文介紹了一種新型的雙臺(tái)肩鉆桿接頭的結(jié)構(gòu)、原理和應(yīng)用情況。并以實(shí)例說(shuō)明了該接頭在提高抗扭強(qiáng)度、降低鉆井時(shí)的水力損失和增加鉆桿靈活性等方面的作用。

本文介紹了一種新型的雙臺(tái)肩鉆桿接頭的結(jié)構(gòu)、原理和應(yīng)用情況，并以實(shí)例說(shuō)明了該接頭在提高抗扭強(qiáng)度，降低鉆井時(shí)的水力損力和增加鉆桿靈活性等方面的作用。

運(yùn)用有限元分析軟件solidworkssimulation,對(duì)螺桿樁機(jī)鉆桿內(nèi)、外六方接頭建立了有限元模型,在對(duì)其進(jìn)行靜力學(xué)分析的基礎(chǔ)上,以兩種接頭的兩種工況為例,進(jìn)行強(qiáng)度和疲勞分析對(duì)比,提出了鍛熱淬火代替?zhèn)鹘y(tǒng)調(diào)質(zhì)熱處理的工藝,提高了零件的強(qiáng)度,節(jié)約了材料成本。

文章介紹了等離子弧焊的原理、設(shè)備及關(guān)鍵技術(shù);總結(jié)了等離子弧焊的主要特點(diǎn);提出增加送絲機(jī),組成既可送粉焊接又可送絲焊接的兩用設(shè)備。

在每年發(fā)生的鉆桿失效事故中約40%是其內(nèi)螺紋接頭直角臺(tái)肩根部的疲勞開(kāi)裂。對(duì)鉆桿接頭水眼結(jié)構(gòu)及其疲勞強(qiáng)度的研究發(fā)現(xiàn),內(nèi)螺紋接頭水眼結(jié)構(gòu)尺寸明顯影響直角臺(tái)肩根部的應(yīng)力水平,直角臺(tái)肩根部的壁厚是影響該部位疲勞強(qiáng)度的主要因素。鑒于api標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均沒(méi)有規(guī)定內(nèi)螺紋接頭的內(nèi)徑尺寸這一狀況,應(yīng)用力學(xué)計(jì)算、有限元分析及全尺寸疲勞試驗(yàn)方法優(yōu)化設(shè)計(jì)了鉆桿內(nèi)螺紋接頭合理的水眼結(jié)構(gòu)尺寸,現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查均表明這種合理結(jié)構(gòu)接頭的直角臺(tái)肩根部不再發(fā)生疲勞刺漏,其疲勞強(qiáng)度大于鉆桿管體。

針對(duì)石油鉆井關(guān)鍵產(chǎn)品高強(qiáng)度鉆桿接頭的使用要求,在保證強(qiáng)度指標(biāo)要求非常高的前提下,研究摸索增加高溫正火后再調(diào)質(zhì)的工藝方法,以改善接頭材料原始微觀帶狀組織和纖維結(jié)構(gòu),細(xì)化晶粒,提高鉆桿接頭的沖擊功,使該產(chǎn)品力學(xué)性能達(dá)到api標(biāo)準(zhǔn)的要求。

鉆桿接頭的優(yōu)化處理需要從很多方面進(jìn)行考慮,這就要求在材料和熱處理方面必須進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)定。這樣才能保證接頭的韌性和強(qiáng)度要求,達(dá)到延長(zhǎng)壽命的要求。本文結(jié)合鉆桿接頭的損壞原因作了一些分析,提出了相應(yīng)的處理方法,并對(duì)鉆桿接頭進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),來(lái)達(dá)到增加鉆桿疲勞壽命的的目的。