偏心钻杆接头设计

通过化学成分分析、力学性能测试、组织结构分析和高温高压模拟试验,对127mm(5″)s135钻杆接头内壁出现划痕、凹槽和腐蚀三种失效形式,钻杆的腐蚀速率和腐蚀产物进行分析研究。结果表明:该钻杆接头的材料性能符合相关标准要求,钻杆接头腐蚀机理是氧腐蚀,腐蚀产物主要是fe3o4和feooh,划痕和凹槽是由于使用不当和卡槽所致。

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。

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。

某公司生产的钻杆接头外螺纹在加工时出现裂纹,采用显微组织观察对开裂原因进行了分析。结果表明:该接头外螺纹开裂的主要原因是碳化物的聚集偏析造成锻造过程中偏析区产生组织过热现象,碳化物尖端和基体的结合部位由于热应力和机械应力产生的应力集中而萌生裂纹源,并在随后的变形过程中形成裂纹导致开裂。

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

石油钻杆接头表面开裂原因分析

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

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。

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。

钻杆接头是钻柱最薄弱的环节,在钻进过程中极易失效。采用有限元分析方法对钻杆接头的应力特征进行了分析,结果表明,密封面处接触压力分布不均和啮合大端第一螺纹牙处应力集中是影响钻杆接头力学性能的主要因素。在公扣、母扣台肩转角处开应力释放槽可以有效改善钻杆接头的应力分布,降低应力峰值,使vonmises应力和接触压力分布更加均匀,有利于提高钻杆接头的承载能力和密封性能。此外,仅在公扣台肩转角处或母扣台肩转角处开应力释放槽也可有效改善接头的应力分布,但效果与公扣、母扣台肩转角处均开应力释放槽相比稍差。

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。

在石油钻井中,需要对套管和钻杆磨损进行检测,以确定其磨损量,而常规测量工具结构较小,因此难以满足现场使用要求。在综合考虑接触式测量和非接触式测量优缺点的基础上,设计出一种新型钻杆接头磨损检测装置。该装置主要由机械、电子和计算机3部分组成,它利用卡具夹持钻杆接头外表面,当钻杆接头直径不同时,位移传感器探头的压缩量也不同,将此信号输出给显示仪表,然后显示输出。应用表明,该装置测量误差小于50μm,操作方便,可满足现场使用需要。

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

介绍了石油钻杆接头采用自由锻造的工艺方式存在毛坯余量大、材料利用率低、生产成本较高等缺点。为了提高钻杆接头毛坯精化程度和降低生产成本,提高市场竞争力,需要更高效的加工方式。通过对钻杆接头模锻工艺参数摸索,合理地选择了钢坯感应加热、毛坯加工率、加工设备选择、模具设计、锻后缓冷等工序工艺参数,最终实现了钻杆接头一次模锻成形的工艺。石油钻杆接头模锻后,降低了毛坯的下料质量,减少了机械加工余量,提高了材料利用率,降低了生产成本。

采用功率为2kw、扫描速度为100mm/min的工艺参数对钻杆接头材料30crmnsia钢进行了表面相变硬化处理,研究了相变层的组织和硬度特征。实验结果表明,30crmnsia钢表面相变硬化层分为完全淬硬层、过渡层和受热影响的基体组织,硬化层的显微组织明显细化,其表面层的硬度比高频淬火的硬度提高了30%,淬硬层深度达17mm,比高频淬火深度提高近1倍。

为实现钻杆接头耐磨带的自动焊接,利用现代可编程控制器plc控制技术,设计开发了针对钻杆接头的耐磨带自动堆焊设备。该设备采用plc技术,实现钻杆接头和18°台肩耐磨带的自动焊接功能,设备体积小,易于运输和安装,达到节约成本、提高效率的目的。控制系统性能稳定可靠,具有很好的市场应用前景。