钻杆失效分析05755

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1、地质钴杆工作环境恶劣，工作环境差易磨损、易腐蚀、易疲劳综合力学要求高。钻杆失效形式主要是钻杆的断裂。钻杆在导向、定向钻进过程中一但断裂,将会对工程造成严重影响，不仅是经济上的巨大损失，而且影响工期，失去信誉,后果不堪设想。因此，作为施工个人或企业，一定要学会如何正确地选择和使用钻杆；而作为钻杆生产厂家，要知道各种开挖或非开挖工程对钻杆的特殊要求,生产出高强度、高韧性和高可靠性的钻杆。地址钻杆失效原因我们可从两方面来分析，人为因素和钻杆本身存在的缺陷，钻杆本身的缺陷又分设计缺陷和材料本身存在的缺陷。钻杆在导向、定向钻进时往往在受到较大拉力和扭力作用的同时，还受到弯

2、曲力的作用。钻杆通过曲线段时，钻杆被迫弯曲，弧线内侧受压应力作用，弧线外侧受拉应力作用。当钻杆在曲线段旋转时，杆体就受到拉压交变应力的作力，而钻孔曲率半径越小交变应力就越大。研究表明这个交变应力达到一定值后，就极容易使钻杆产生疲劳裂纹。钻杆刚开始产生的疲劳裂纹疲劳裂纹非常微小，肉眼很难发现，但疲劳裂纹发展速度极快，最后表现为突然的脆性断裂。试验证明，钻杆受交变应力作用而疲劳断裂是钻杆断裂失效的主要原因。施工队伍有很多是经验丰富素质高的专业公司，也有临时拼凑起来的没有任何施工经验和技术的队伍，他们往往连钻杆（或钻孔）的曲率半径都没听说过，不太了解地址钻杆的特性是造

3、成钻杆断裂的人为方面的主要原因。这要通过学习和培训加规范施工来解决。下表中列出来地质钻杆失效的部位和表现形式及原因。表一失效名称表现形式失效原因操作原因钻杆自身原因公扣根部断裂断口较平整，无塑性变形1.曲率半径过小2.扩孔钻头与正常钻杆间未连接过度杆1.氮化层太厚2.无应力减轻槽3.调质处理硬度太高断口呈螺旋状，有局部塑性变形施加的扭矩过大1.接头材料强度低2.调质处理硬度太低断口处有缩径施加的拉力过大杆体断裂断口较平整，无塑性变形1.率半径过小2.扩孔钻头与正常钻杆间未连接过度杆杆体材料韧性差杆体有严重划痕4断口呈螺旋状，有局部塑性变形施加的扭矩过大1.接头材

4、料强度低2.调质处理硬度太低断口处有缩径施加的拉力过大杆体磨损变薄杆体至接头过渡段断裂摩擦焊口处断焊口处未加厚摩擦焊接工艺不对杆体弯曲变形有不可恢复的弯曲变形1.施工导向孔时钻杆处于自由状态的长度过长2.孔内遇较大障碍物杆体材料刚性差丝扣严重变形丝扣齿形变形严重，公母扣旋合变松，甚至脱扣所受负荷过大未使用丝扣油丝扣部分调质硬度过低，未做硬化处理粘扣上扣时有冒烟现象，卸扣扭矩大，扣面有削落现象未使用合格丝扣油丝扣硬化处理不合格扣面光洁度低母扣涨大母扣呈喇叭口状扩大母接头磨损过度受扭矩过大非“双顶”结构三、避免钻杆非正常失效的措施钻杆的基本力学工况钻杆在内外充满钻井

5、液的狹长井眼里工作，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入微裂纹中，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。根据钻杆的失效原因分析

6、，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而：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M和规范操作两方而来避免钻杆非正常失效。1.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4(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:36Mn2V>35CrMo>42MnMo7>35CrMnSi、4

7、5MnMoB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fi的重要因素。如轧制的钢管壁厚均匀情况严重，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）、镦粗+摩擦焊钻杆（简称镦焊钻杆）和单纯摩擦焊钻杆（简称摩擦焊钻杆）。三种钻杆的优缺点比较如

8、表二。表二性能、价格摩擦