應(yīng)力釋放槽對(duì)鉆桿接頭力學(xué)性能的影響

鉆桿接頭是石油鉆柱的重要組成部分,而耐蝕性是鉆桿接頭性能的重要指標(biāo)。通過硫酸銅點(diǎn)滴試驗(yàn),研究了磷化液的游離酸度、總酸度、酸比、磷化時(shí)間和溫度對(duì)鉆桿接頭磷化膜耐蝕性的影響,得出各參數(shù)的最佳范圍。結(jié)果表明:控制磷化液的游離酸度12～15點(diǎn),總酸度140～170點(diǎn),酸比10～11,磷化溫度75℃左右,磷化時(shí)間20～25min,所得磷化膜耐腐蝕性能最佳。

鉆桿受到鉆井液的沖蝕會(huì)有不同程度的損傷,若在鉆桿接頭部位出現(xiàn)沖蝕坑就可能使鉆桿失效,引發(fā)鉆井事故。鑒于此,通過試驗(yàn)分析了鉆井液流量、粘度、密度、鉆井液中固相顆粒體積分?jǐn)?shù)及固相顆粒粒徑對(duì)鉆桿接頭沖蝕量的影響規(guī)律。結(jié)果表明,鉆井液密度對(duì)鉆桿接頭的沖蝕影響基本可以忽略;鉆井液流量與粘度的增大會(huì)導(dǎo)致沖蝕量增大;固相顆粒是造成鉆桿接頭沖蝕的主要原因,固相顆粒體積分?jǐn)?shù)的增大與粒徑的減小均會(huì)導(dǎo)致沖蝕量增加。沖蝕量較大的位置在鉆桿內(nèi)外接頭結(jié)合處、公接頭與鉆桿本體焊接后端臺(tái)階處以及公接頭出口處。因此,應(yīng)在強(qiáng)度等條件允許的情況下,改進(jìn)鉆桿接頭部分的結(jié)構(gòu)與尺寸,使流動(dòng)平穩(wěn)地過渡,防止因截面突變而引起渦流的產(chǎn)生或流速的加快,以盡量減少?zèng)_蝕量;在鉆井過程中,應(yīng)當(dāng)采取切實(shí)有效的措施加強(qiáng)對(duì)固相的控制。

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。

對(duì)鉆桿接頭材料30crmnsia鋼的樣品進(jìn)行氮離子注入表面改性試驗(yàn),結(jié)果表明,在不同載荷的情況下,選用氮的注入量為50×1017n+/cm2是比較合適的,氮離子注入后樣品的表面努氏硬度提高1倍多。

研究了攪拌摩擦焊工藝參數(shù)對(duì)3mm的純銅板材焊接接頭組織和力學(xué)性能的影響.結(jié)果表明,在攪拌頭旋轉(zhuǎn)頻率固定為800r/min,焊接速度在60~300mm/min范圍內(nèi)均得到了外表面美觀、內(nèi)部無缺陷的接頭.焊接接頭由兩邊向中間依次由母材區(qū)、熱影響區(qū)、熱力影響區(qū)和攪拌區(qū)組成.攪拌區(qū)組織由于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶作用使得該部分區(qū)域得到了明顯的細(xì)化,硬度曲線呈近似"u"形,攪拌區(qū)硬度低于母材.攪拌區(qū)晶粒尺寸隨著焊接速度的增大不斷減小.在焊接速度為100mm/min時(shí),接頭綜合力學(xué)性能達(dá)到最佳,抗拉強(qiáng)度達(dá)到282.5mpa,斷后伸長(zhǎng)率達(dá)到21.7%,分別為母材的93.8%和79.2%.拉伸斷口sem圖像顯示焊接速度為300mm/min條件下得到的接頭為脆性斷裂,而其它參數(shù)下得到的接頭斷裂形式和母材類似,斷口處存在韌窩和撕裂棱,為韌性斷裂.

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。

分析了某井一批雙臺(tái)肩鉆桿接頭開裂失效事故。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)力腐蝕開裂,導(dǎo)致接頭開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大。分析結(jié)果對(duì)雙臺(tái)肩接頭的研究開發(fā)和使用具有很好的參考價(jià)值。

基于多尺度混合建模技術(shù)和非線性接觸理論,建立考慮管片接頭細(xì)部構(gòu)造和靜動(dòng)應(yīng)力累積的盾構(gòu)隧道精細(xì)化數(shù)值計(jì)算模型,研究盾構(gòu)正交下穿施工擾動(dòng)下,既有隧道管片結(jié)構(gòu)(含接頭)的靜動(dòng)力力學(xué)特性。研究結(jié)果表明:新建盾構(gòu)隧道的下穿施工將引起既有隧道管片結(jié)構(gòu)縱向不均勻下沉,并伴有一定的扭轉(zhuǎn);管片接頭變形、螺栓內(nèi)力和接頭混凝土應(yīng)力均表現(xiàn)出波動(dòng)性增長(zhǎng),其峰值出現(xiàn)在既有隧道中部及其前后約6m處;下穿施工擾動(dòng)下,既有隧道管片拱腰處縱縫接頭張開量的增加與拱底環(huán)縫接頭錯(cuò)臺(tái)量的增長(zhǎng)分別對(duì)隧道的防水及螺栓受力不利;螺栓所在位置拉應(yīng)力集中明顯且顯著增長(zhǎng),接近管片混凝土極限抗拉強(qiáng)度。在列車荷載作用下,管片接頭變形,螺栓內(nèi)力和管片應(yīng)力3項(xiàng)指標(biāo)表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律,在輪軌經(jīng)過時(shí),量值迅速增大并產(chǎn)生劇烈波動(dòng),其中螺栓剪力和動(dòng)拉應(yīng)力在輪軌荷載交替時(shí)存在一定疊加效應(yīng)。

通過化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測(cè)試、組織結(jié)構(gòu)分析和高溫高壓模擬試驗(yàn),對(duì)127mm(5″)s135鉆桿接頭內(nèi)壁出現(xiàn)劃痕、凹槽和腐蝕三種失效形式,鉆桿的腐蝕速率和腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明:該鉆桿接頭的材料性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,鉆桿接頭腐蝕機(jī)理是氧腐蝕,腐蝕產(chǎn)物主要是fe3o4和feooh,劃痕和凹槽是由于使用不當(dāng)和卡槽所致。

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)和我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均沒有規(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。

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,鉆桿接頭在使用過程中脹大失效的原因主要是井下扭矩超過了鉆桿接頭的承載能力所致。

為了提高鉆桿接頭的使用壽命,利用離子滲氮和硫氮共滲技術(shù)在鉆桿接頭材料35crmo鋼表面制備了氮化層和硫氮共滲層。在油潤(rùn)滑條件下采用自制的球-盤磨損試驗(yàn)機(jī)考察了表面滲層的摩擦磨損性能。利用了xrd研究了表面層的相結(jié)構(gòu),采用了帶eds的sem對(duì)表面改性層和磨損表面進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:35crmo鋼硫氮共滲層的摩擦學(xué)性能明顯優(yōu)于原始滲氮層;具有優(yōu)良潤(rùn)滑作用的fes固體潤(rùn)滑膜在高硬度氮化層的支撐下,可以有效地改善鉆桿接頭的摩擦磨損性能。

為提高焊接接頭的力學(xué)性能,利用波長(zhǎng)為532nm,脈寬為10ns,能量為6.25j,光斑尺寸為3mm的yag激光器對(duì)焊接接頭進(jìn)行了激光沖擊強(qiáng)化處理。結(jié)果表明:激光沖擊強(qiáng)化使接頭拉伸強(qiáng)度由815mpa提高到867mpa,焊縫硬度提高51.4%,熱影響區(qū)硬度提高28.2%,焊接后殘余應(yīng)力由134mpa轉(zhuǎn)變?yōu)?237mpa。利用光學(xué)顯微鏡對(duì)焊縫進(jìn)行了觀察和分析,并對(duì)力學(xué)性能提高的機(jī)制進(jìn)行了討論。

焊接接頭熱影響區(qū)軟化是細(xì)晶粒鋼焊接時(shí)普遍存在的問題.用有限元分析方法,從屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度兩個(gè)方面對(duì)熱影響區(qū)軟化的焊接接頭的力學(xué)性能進(jìn)行分析.分析結(jié)果表明,與接頭的屈服強(qiáng)度相比,熱影響區(qū)軟化對(duì)接頭的抗拉強(qiáng)度有較大的影響;軟化的熱影響區(qū)的屈服應(yīng)力和寬度較焊縫對(duì)接頭的抗拉強(qiáng)度有較大的影響,而且存在臨界值,超過它們時(shí),使接頭的抗拉強(qiáng)度明顯降低;增加焊縫的屈服應(yīng)力可以改變臨界點(diǎn),提高熱影響區(qū)軟化焊接接頭的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度.而且發(fā)現(xiàn),試樣的長(zhǎng)度對(duì)測(cè)定熱影響區(qū)軟化的焊接接頭的抗拉強(qiáng)度沒有影響,而對(duì)其屈服強(qiáng)度的確定有一定影響.

應(yīng)用離子滲氮與離子滲硫技術(shù),在鉆桿接頭材料35crmo鋼表面制備了硫氮復(fù)合處理層。采用m-200環(huán)塊磨損試驗(yàn)機(jī),對(duì)比研究了原始滲氮表面與硫氮復(fù)合表面在干摩擦條件下的抗磨損性能。結(jié)果表明,在干摩擦的條件下,由于摩擦副的接觸表面缺乏潤(rùn)滑,硬度較高的滲氮層會(huì)加劇接觸表面的磨損。而硫氮復(fù)合處理層由于在表面存在一層硫化亞鐵固體潤(rùn)滑層,在磨損過程中可以起到一定的潤(rùn)滑作用,因此其在干摩擦條件下具備更好的抗磨損性能。

本文介紹了一種混凝土引氣劑的制備技術(shù),并同時(shí)對(duì)摻加該引氣劑后的混凝土力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試,測(cè)驗(yàn)結(jié)果表明,摻加該引氣劑后,混凝土密度下降,能改善混凝土的工作性能,但對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響不明顯。

摘要：泵壓作為修井作業(yè)中的重要參數(shù)，在鉆桿接頭外徑與套管內(nèi)徑環(huán)空間隙屬于小間隙的情況下，其理論值與實(shí)際值往往相差很大。利用一般算法（忽略接頭）、標(biāo)準(zhǔn)算法和小間隙算法對(duì)施工井泵壓進(jìn)行預(yù)測(cè)，并與實(shí)測(cè)泵壓進(jìn)行對(duì)比，得出小間隙算法更適合用于計(jì)算鉆桿接頭處的環(huán)空壓耗。通過在bs23井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用對(duì)比，三種算法中小間隙算法相對(duì)誤差小于5％能更加精確地預(yù)測(cè)泵壓。

采用dn-100型固定式點(diǎn)焊機(jī)、金相顯微鏡研究了焊接電流對(duì)鋁合金接頭宏觀斷口和顯微斷口形貌、組織的影響規(guī)律。結(jié)果表明:隨著焊接電流的增大,斷口直徑依次增大。拉應(yīng)力增加,熔核區(qū)的硬度均低于母材。

鉆桿接頭和轉(zhuǎn)換接頭失效的形式主要有過量變形、斷裂和表面損傷三類。其中斷裂失效表現(xiàn)為過載斷裂、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。

鉆桿接頭螺紋退刀尺寸是指外螺紋接頭的臺(tái)肩面到螺紋消失前第一個(gè)完整螺紋之間的距離。gb9253．1－88規(guī)定退刀尺寸應(yīng)小于或等于12．7mm內(nèi)螺紋，鉆桿接頭內(nèi)螺紋的錘孔尺寸為16±2mm，以保證內(nèi)、外螺紋嚙合良好。經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，從日本nkk公司進(jìn)口的所有φ127mm鉆桿接頭外螺紋退刀尺寸都大于12．7mm，鏜孔尺寸為16～18mm。而apispec7k規(guī)定鉆桿接頭內(nèi)螺紋最小鏜孔尺寸為15．9mm。鑒于此，建議對(duì)我國的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作相應(yīng)修改，與api標(biāo)準(zhǔn)保持一致。

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),來達(dá)到增加鉆桿疲勞壽命的的目的。