S135钻杆接头失效及腐蚀特征

分析了某井一批双台肩钻杆接头开裂失效事故。试验分析表明,裂纹主要位于外螺纹台肩面附近的颈部和第1~3牙螺纹根部,具有沿晶、分枝扩展特征。扫描电镜断口形貌和能谱分析结果证实该批钻杆接头属于h2s应力腐蚀开裂,导致接头开裂的主要原因是钻杆接头材料强度和硬度偏高,钻杆接头内径偏大,使失效部位的应力水平增大,且钻杆接头本身承受扭矩过大。分析结果对双台肩接头的研究开发和使用具有很好的参考价值。

2009年元月江苏石油勘探局钻井处外部项目作业的一口井,在挂φ177.8mm尾管时发生一起φ127mms135钻杆接头外螺纹断裂,事故得到及时有效的处理。结合钻杆的生产、现场使用和取样分析的情况,对此次φ127mms135钻杆接头外螺纹断裂的机理和原因进行了分析,找到了导致断裂的原因,并对下一步预防此类事故提出了相应的技术措施。

对s135钢级的钻杆外螺纹接头螺纹根部出现的裂纹采用宏观观、察裂纹金相分析,裂纹面扫描形貌观察,腐蚀产物能谱分析等手段进行综合分析,判定裂纹性质为疲劳裂纹。导致该钻杆疲劳裂纹萌生的主要原因是由于螺纹脂涂抹不/螺均纹脂质量不好或上扣扭矩过大导致螺纹牙表面形成一层马氏体白亮层,这种组织较脆,在交变应力的作用下容易萌生疲劳裂纹。另外钻井液的腐蚀性和地层中过高的氯离子含量将促进腐蚀坑的形成,对疲劳裂纹的萌生、扩展亦起到一定的促进作用。

偏心钻杆接头的设计

1·问题的提出在地质勘探中,钻机通过钻杆和各种管接头将扭矩和轴向压力传到钻头,从而对岩层不断地进行破碎。因此钻杆管接头除了外表面不断与孔壁岩层发生摩擦外,还承受巨大的弯曲扭转及冲击力的作用,而且管接头的丝扣处还容易产生磨损变形。根据钻具的工作条件,要求钻杆的接头必须具备强度高、韧性好、表面耐磨性高、抗弯力强。因此钻杆接头一般采用合金结构钢(如

通过力学性能测试、化学成分分析、金相检验和断口分析等方法对某井发生的钻杆接头台肩根部刺漏失效原因进行了分析。结果表明:材料冲击功低于标准要求,接头台肩根部受到严重腐蚀,形成大而深的腐蚀坑,在交变应力作用下,裂纹萌生于腐蚀坑底部,并迅速扩展,最终导致钻杆接头发生早期腐蚀疲劳失效。

随着钻井技术的进步,要求钻杆接头可传递更大的扭矩以适应各种复杂的工作环境,因此对其抗扭性能研究变得尤为重要。为此,设计了一种新型双台肩钻杆接头。与一般的双台肩钻杆接头相比,新型钻杆接头增加了外螺纹接头和内螺纹接头圆柱孔部分的长度,使得钻杆接头可以保证钻杆在井下传递更大的扭矩而不发生失效。利用有限元软件建立了api标准接头和新型双台肩钻杆接头的有限元分析模型。由有限元计算结果可知,新型双台肩钻杆接头的抗扭能力明显高于api标准接头,可传递更大的扭矩。油田中应用也表明新型双台肩钻杆接头的性能优于api标准接头。

空气钻井因效率高、钻速快而被广泛应用于油气田开采,但高速气流在钻杆内的颤振及漩涡冲蚀易导致钻杆的失效与断裂,尤其是钻杆公母接头内不连续处。国内外学者大都从有限元角度研究钻杆自身的应力分布,而对杆内流体流动对钻杆接头应力荷载方面的研究甚少。笔者基于计算流体动力学方法,建立了空气钻井钻杆接头处流场的数学模型,通过数值模拟研究,得出了不同深度钻杆接头处的压强、流速及剪切应力分布。

文章介绍了等离子弧焊的原理、设备及关键技术;总结了等离子弧焊的主要特点;提出增加送丝机,组成既可送粉焊接又可送丝焊接的两用设备。

在每年发生的钻杆失效事故中约40%是其内螺纹接头直角台肩根部的疲劳开裂。对钻杆接头水眼结构及其疲劳强度的研究发现,内螺纹接头水眼结构尺寸明显影响直角台肩根部的应力水平,直角台肩根部的壁厚是影响该部位疲劳强度的主要因素。鉴于api标准和我国行业标准均没有规定内螺纹接头的内径尺寸这一状况,应用力学计算、有限元分析及全尺寸疲劳试验方法优化设计了钻杆内螺纹接头合理的水眼结构尺寸,现场试验和现场调查均表明这种合理结构接头的直角台肩根部不再发生疲劳刺漏,其疲劳强度大于钻杆管体。

针对石油钻井关键产品高强度钻杆接头的使用要求,在保证强度指标要求非常高的前提下,研究摸索增加高温正火后再调质的工艺方法,以改善接头材料原始微观带状组织和纤维结构,细化晶粒,提高钻杆接头的冲击功,使该产品力学性能达到api标准的要求。

钻杆接头是石油钻柱的重要组成部分,而耐蚀性是钻杆接头性能的重要指标。通过硫酸铜点滴试验,研究了磷化液的游离酸度、总酸度、酸比、磷化时间和温度对钻杆接头磷化膜耐蚀性的影响,得出各参数的最佳范围。结果表明:控制磷化液的游离酸度12～15点,总酸度140～170点,酸比10～11,磷化温度75℃左右,磷化时间20～25min,所得磷化膜耐腐蚀性能最佳。

某井钻杆在使用中发生接头胀大和脱扣事故。采用化学成分分析、力学性能测定、宏观和微观组织检验、尺寸测量及钻杆的力学分析等方法对其进行了分析和讨论。结果表明,钻杆接头材质符合标准要求,钻杆接头在使用过程中胀大失效的原因主要是井下扭矩超过了钻杆接头的承载能力所致。

钻杆工具接头的抗扭强度普遍低于管体,为满足使用需要,考虑选择非api双台肩高抗扭矩接头。为此,使用i-deas和marc两个大型有限元分析软件,在sgiindig02impactr10000型工作站进行计算机仿真,对s-135钻杆接头双台肩齿面与台肩部位应力分布进行分析,并将计算结果与api标准接头进行对此。结果表明,双台肩工具接头的抗扭能力是api标准接头的1.5倍。

针对国产石油钻杆接头存在强韧性配合不良的问题,试验研究了钻杆接头用钢37crmoe。就该钢种的化学成分和冶金质量对材料力学性能的影响、冶金质量对淬透性的影响等进行了分析讨论。试验研究表明:(1)经880℃正火、860℃淬火、在530～600℃温度范围内回火后,37crmoe钢具有较好的综合力学性能,其强韧性配合满足sy5290—1991《石油钻杆接头》标准的要求,可替代40crnimoa和40crmnmo钢;(2)37crmoe钢的淬透性元素搭配合理,有害元素s、p等明显减少,夹杂物少且均匀化。这是提高该钢种淬透性及综合力学性能的主要原因

钻杆及其接头的早期失效分析与措施研究 [摘要]钻杆失效表现在三个方面：本体断裂、刺漏、钻杆螺纹处失效。本文 将分析并探讨钻杆及其接头的早期失效类型、失效形式、失效原因，并且根据分 析原因去寻找应对的方法以及预防的办法。通过设计优化的钻杆结构，提升钻杆 质量，使钻杆失效事故发生的概率下降。 [关键词]分析原因钻杆失效优化设计预防措施钻具 0前言 失效分析是分析判断材料的失效模式、性质、原因、研究失效事故处理方法 和预防再失效的技术活动与管理活动，是一种科学的分析方法。本文将对钻杆失 效进行分析。钻杆很容易受到磨损以及腐蚀等问题的影响从而引发失效事故。而 仅仅是在我们国家的油田之中发生的钻杆失效事故就多达数百起，钻杆失效不仅 会造成极大的经济财产的损失，并且常常影响到工程的进度，后果十分严重。失 败乃是成功之母，通过研究钻杆失效，推进提高钻杆质量以及加强研

近年来由于深井、定向井等逐年增多,钻杆内螺纹接头纵裂破坏成为常发事故。钻杆接头的各种纵向开裂属于低应力脆性断裂。当接头横向材料韧性不足时,任何表面损伤及缺陷如摩擦热裂纹等,都可作为裂纹源向纵深扩展。应用失效评估图技术估算表明,横向材料v型缺口夏比试样室温冲击功大于100j时,将显著减少钻杆内螺纹接头纵裂破坏,失效案例统计数据验证了这一结果。

钻杆接头的优化处理需要从很多方面进行考虑,这就要求在材料和热处理方面必须进行严格的规定。这样才能保证接头的韧性和强度要求,达到延长寿命的要求。本文结合钻杆接头的损坏原因作了一些分析,提出了相应的处理方法,并对钻杆接头进行优化设计,来达到增加钻杆疲劳寿命的的目的。

专利号：zl200620044752．9 专利权人：宝山钢铁股份有限公司 设计人：赵鹏

钻杆接头激光淬火硬度及金相分析

钻杆受到钻井液的冲蚀会有不同程度的损伤,若在钻杆接头部位出现冲蚀坑就可能使钻杆失效,引发钻井事故。鉴于此,通过试验分析了钻井液流量、粘度、密度、钻井液中固相颗粒体积分数及固相颗粒粒径对钻杆接头冲蚀量的影响规律。结果表明,钻井液密度对钻杆接头的冲蚀影响基本可以忽略;钻井液流量与粘度的增大会导致冲蚀量增大;固相颗粒是造成钻杆接头冲蚀的主要原因,固相颗粒体积分数的增大与粒径的减小均会导致冲蚀量增加。冲蚀量较大的位置在钻杆内外接头结合处、公接头与钻杆本体焊接后端台阶处以及公接头出口处。因此,应在强度等条件允许的情况下,改进钻杆接头部分的结构与尺寸,使流动平稳地过渡,防止因截面突变而引起涡流的产生或流速的加快,以尽量减少冲蚀量;在钻井过程中,应当采取切实有效的措施加强对固相的控制。

对石油钻杆接头水淬热处理技术进行了研究分析。介绍了水基淬火和油基淬火后石油钻杆接头的硬度、硬度均匀性的对比试验;不同条件下的淬火液对钻杆接头冷却速度的影响。研究表明,水基淬火方式能更好地提高钻杆接头马氏体化程度,从而提高淬火质量。