鉆桿非正常失效的原因分析——瑞龍鉆具
發(fā)布時(shí)間：
2021-05-12
鉆桿的基本力學(xué)情況，鉆桿在內(nèi)外充滿鉆井液的狹長井眼里工作，通常承受壓、彎、扭、液力等載荷。如果鉆桿所受應(yīng)力小于每平方米206.8牛頓時(shí)，鉆桿雖經(jīng)過無數(shù)次的彎曲，也不會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋。鉆井時(shí)鉆桿承受彎曲、扭轉(zhuǎn)和拉伸應(yīng)力組成的復(fù)合應(yīng)力很大，特別是在大位移定向井及水平井中扭矩大，鉆桿在100萬次彎曲次數(shù)時(shí)便產(chǎn)生疲勞微裂紋；微裂紋產(chǎn)生后便不斷擴(kuò)大延伸，此時(shí)如果具有腐蝕作用的高壓鉆井液進(jìn)人微裂紋中，就會(huì)加速裂紋擴(kuò)展，終導(dǎo)致鉆井液刺穿鉆桿的失效事故。刺穿發(fā)展的結(jié)果，使鉆桿有效斷面不斷縮小，刺孔加裂紋的總長度超過其臨界裂紋尺寸時(shí)，即發(fā)生斷裂。除旋轉(zhuǎn)向下的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還有鉆桿的各種振動(dòng)和渦動(dòng)。
根據(jù)鉆桿的失效原因分析，鉆桿除正常磨損而失效外，鉆桿的非正常失效原因可分為為兩個(gè)方面：工人操作原因和鉆桿自身質(zhì)量原因。因此，我們可以從提高鉆桿質(zhì)量和規(guī)范操作兩方而來避免鉆桿非正常失效。
提高鉆桿質(zhì)量
（1）鉆桿材料選擇：為適應(yīng)鉆桿的受力分析，鉆桿桿體應(yīng)有較高的抗拉強(qiáng)度、較好抗彎性能和較好的沖擊韌性。桿體材料應(yīng)選擇中碳合金結(jié)構(gòu)無縫鋼管，合金元素中應(yīng)含有較多的Cr、Mo等元素以提高材料的抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性，含有Mn、Si等元素以提高材料的彈性（即抗彎性能）。有時(shí)還含有微量的B、V等元素以提高材料的淬透性。
常用的桿體材料有：R90、R780、DZ50、DZ40、36Mn2V>35CrMo>42MnlMo7>35CrMnSi、45MnMoB等。
用于桿體的無縫鋼管的壁厚均勻度和軋制缺陷也是影響鉆桿質(zhì)量的重要因素。如軋制的鋼管壁厚不均勻情況嚴(yán)重，當(dāng)鉆桿較大的扭力作用時(shí)，容易在壁厚較薄處縱向裂開。有的鋼管有重皮、氣孔等缺陷，鉆桿易從此處產(chǎn)生應(yīng)力集中斷裂或刺漏。
鉆桿接頭受力為復(fù)雜，接頭材料須有很高綜合機(jī)械性能。鉆桿接頭多采用35CrMo或42CrMo.30CrMnSiA棒料制造，但經(jīng)過鍛造的接頭材料能大大提高其綜合機(jī)械性能。
（2）加工工藝選擇：目前國內(nèi)鉆桿從加工工藝分主要有整體鍛造鉆桿（簡稱整體鉆桿）、摩擦焊鉆桿（簡稱仿英鉆桿）。
（3）絲扣的表面處理：絲扣表面氮化處理能有效地防止粘扣，還能提高絲扣的耐磨性，從而提高其使用壽命。氮化層厚度一般在0.2~0.3mm，厚度過大容易產(chǎn)生碎性裂紋，厚度過小則抗粘扣效果差。整體鉆桿無法進(jìn)行氮化處理，取而代之的是層厚小得多的磷化處理。
（4）螺紋加工精度：接頭螺紋應(yīng)在數(shù)控車床上用成形螺紋車刀加工，應(yīng)盡量提高螺紋牙的表面質(zhì)量，降低其表面粗糙度值（Ral.6pm）提高光潔度，減少應(yīng)力集中且有利保證鉆桿的互換性。接頭螺紋緊密距應(yīng)控制在合理的范圍之內(nèi)，保證絲扣嚙合良好。
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