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钻井过程中钻杆损坏的原因

2023-07-29 08:50:51

  一,振动和弯曲磨损
  当钻柱达到临界速度时,钻杆有时会发生振动,这往往会造成钻杆弯曲、过度磨损、快速损坏和疲劳失效。特别是当钻杆的两类振动(节点振动和弹簧摆振动)重合时,Z为不利。临界速度随钻具长度、钻具尺寸、钻铤尺寸和井眼尺寸而变化。
  二,拉伸破坏
  在起拔被卡钻杆的过程中,经常发生拉伸破坏。当提升力超过屈服点时,钻杆壁Z薄弱的部位或Z小的一段就会发生“细颈”变形。如果提升力超过刚才的强度,钻杆就会断裂。拉伸破坏通常发生在钻柱的上部。因为上部钻具须承受钻柱的压力和重量。
  第三,疲劳失效
  疲劳失效是钻杆Z常见的失效。疲劳损伤有三种基本类型:

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  1.纯疲劳失效
  钻杆承受拉伸、压缩、扭转和弯曲的循环应力。拉伸和弯曲是Z危险的应力。目前,钻杆疲劳破坏的主要原因是钻杆在弯曲井眼中旋转时产生的周期性应力。在弯曲的井眼中,即使钻铤有足够的厚度,仍然可能发生疲劳失效,失效的位置也不一定。当钻杆发生弯曲时,由于钻杆每旋转一次,相应的位置就会产生周期性的拉压应力。钻铤附近的钻杆Z容易弯曲,因为钻铤刚性大,能抵抗弯曲,钻铤上方的钻杆会发生弯曲。同时,钻杆上的Z大应力发生在钻杆加厚部分的端部,距离接头约50 cm。如上所述,接头不能弯曲,弯曲只能发生在管壁较薄的钻杆管体上。在截面变化的位置,起到类似虎钳固定的作用,使其成为弯曲力的支点。如果钻杆在其整个长度上均匀弯曲,作用在钻杆上的应力将变低,疲劳失效的应力循环次数会增加。

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  决定疲劳失效的数值为:钻杆在弯管处的拉伸载荷;钻孔弯曲的严重程度;钻井弯曲处每节钻杆的重复受力次数;钻杆的尺寸和钢的性能。因为钻杆上的额外张力的大小是疲劳失效的关键,所以在深井中,上部井眼的弯曲常常成为疲劳失效的因素。需要指出的是,只要钻杆通过弯管,即使消除了拉力,累积的疲劳损伤仍然存在,所以如果多次通过弯管,就可能对钻杆造成疲劳损伤。还应注意,即使某口井没有发生事故,钻杆也可能已经损坏。因此。在同井或其他井重复使用时,即使连接在钻柱顶部,即使作用在钻杆上的弯曲应力在额定值以内,也可能无法承受,造成事故。
  此外,还有一些其他原因的弯曲应力会导致纯疲劳失效。例如,任何弯曲的钻杆通常都是疲劳失效的潜在因素。弯曲的方钻杆会使转盘下面的一根钻杆弯曲,一旦这根钻杆上的应力足够大,就会造成疲劳破坏。天车错位也会导致钻杆疲劳失效,因为它会在方钻杆和钻杆上产生弯曲应力。
  2、缺口疲劳损伤
  钻杆的表面缺陷,无论是机械加工还是冶金工艺形成的,都会影响钻杆的疲劳限,其影响程度取决于缺陷的位置、方向、形状和数量。如果缺口位于钻杆非主应力的部分,对疲劳破坏影响不大。但如果缺口位于距接头50 cm以内,由于是钻杆产生Z大弯曲应力的地方,将成为疲劳破坏的核心。纵向缺口可以无害地传播应力。然而,即使是带有尖锐底角的轻微缺口也会增加应力并导致故障。现列举几种可能造成缺口疲劳损伤的钻杆表面如下:

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  (1)钢印图案的所有横向印痕都可能成为应力集中点。如果在钻杆上不合适的位置打钢印,钢印字体的横向印痕和任何位置的标记都会成为钻杆疲劳的初始部位。
  不允许在钻杆本体上印刷。标记放在钻杆加厚消失部分,截面积大,可以安全吸收产生的应力。另外,可以用点印号代替线印号,沿钻杆纵向布置罗马数字钢印,也可以起到安全标记的作用。
  (2)电弧灼伤如果用钻杆做接地线,往往会在拉杆和钢轨之间产生电弧,灼伤钻杆的四周。虽然这些不显眼的凹坑非常小,但它们在钻杆上形成了一个宽阔的烧伤区。玻璃又硬又脆,非常容易加速疲劳破坏。
  (3)钻杆上胶圈顶部形成的环槽是缺口疲劳失效的另一个原因。
  (4)大钳牙印是钻杆上Z常见、Z严重的表面伤痕。但由于是纵向的,与施加的应力不在同一个方向,所以对疲劳损伤的危害不大。如果稍微偏离垂直方向,就容易形成应力集中点。钳子应该打在接头上,而不是钻杆本体上,因为这可能会损坏钻杆。
  (5)卡瓦伤痕转盘卡瓦一般不会在钻杆上留下破坏性的伤痕。但是,如果卡瓦齿加工或操作不当,卡瓦齿会咬死钻杆。
  (6)钻具表面被地层外泥中的碎金属切割。当钻井工具在井中旋转时,表面将摩擦坚硬的侧壁地层,留下周向凹口。这种缺口往往是三角形的,常见于钻杆和钻铤上。

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  3、腐蚀疲劳损伤
  目前,这种失效是钻杆早期失效的常见原因。腐蚀可能以各种或几种综合失效形式(侵蚀、磨损和疲劳)造成严重的损害。有时,几种形式的腐蚀会同时发生,但一般来说,总有一种形式的腐蚀是损坏的主要原因。
  (1)腐蚀剂影响钻具钢的主要腐蚀剂有:氧气、二氧化碳、硫化氢、溶解盐类(氯化物、碳酸盐和硫酸钠、钙和镁)以及各种酸类(甲酸、乙酸等。).
  (2)影响腐蚀速率的因素
  低PH值的水基泥浆会降低钻具的疲劳寿命。PH值是控制腐蚀疲劳的主要因素,但很难准确确定足以防止疲劳破坏的Z小PH值。许多用户认为泥浆PH值低于9.5会降低钻具的疲劳寿命。

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  大部分温度的腐蚀速度会随着温度的升高而加快。
  随着泥浆流速的增加,腐蚀速度会加快。
  非均匀钢的成分或显微组织的局部差异会增加腐蚀速率。
  一般高应力部位的腐蚀速度比低应力部位快。

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