应力释放槽对钻杆接头力学性能的影响

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。

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。

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。

对钻杆接头材料30crmnsia钢的样品进行氮离子注入表面改性试验,结果表明,在不同载荷的情况下,选用氮的注入量为50×1017n+/cm2是比较合适的,氮离子注入后样品的表面努氏硬度提高1倍多。

研究了搅拌摩擦焊工艺参数对3mm的纯铜板材焊接接头组织和力学性能的影响.结果表明,在搅拌头旋转频率固定为800r/min,焊接速度在60~300mm/min范围内均得到了外表面美观、内部无缺陷的接头.焊接接头由两边向中间依次由母材区、热影响区、热力影响区和搅拌区组成.搅拌区组织由于动态再结晶作用使得该部分区域得到了明显的细化,硬度曲线呈近似"u"形,搅拌区硬度低于母材.搅拌区晶粒尺寸随着焊接速度的增大不断减小.在焊接速度为100mm/min时,接头综合力学性能达到最佳,抗拉强度达到282.5mpa,断后伸长率达到21.7%,分别为母材的93.8%和79.2%.拉伸断口sem图像显示焊接速度为300mm/min条件下得到的接头为脆性断裂,而其它参数下得到的接头断裂形式和母材类似,断口处存在韧窝和撕裂棱,为韧性断裂.

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。

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。

基于多尺度混合建模技术和非线性接触理论,建立考虑管片接头细部构造和静动应力累积的盾构隧道精细化数值计算模型,研究盾构正交下穿施工扰动下,既有隧道管片结构(含接头)的静动力力学特性。研究结果表明:新建盾构隧道的下穿施工将引起既有隧道管片结构纵向不均匀下沉,并伴有一定的扭转;管片接头变形、螺栓内力和接头混凝土应力均表现出波动性增长,其峰值出现在既有隧道中部及其前后约6m处;下穿施工扰动下,既有隧道管片拱腰处纵缝接头张开量的增加与拱底环缝接头错台量的增长分别对隧道的防水及螺栓受力不利;螺栓所在位置拉应力集中明显且显著增长,接近管片混凝土极限抗拉强度。在列车荷载作用下,管片接头变形,螺栓内力和管片应力3项指标表现出相似的变化规律,在轮轨经过时,量值迅速增大并产生剧烈波动,其中螺栓剪力和动拉应力在轮轨荷载交替时存在一定叠加效应。

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。

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。

为了提高钻杆接头的使用寿命,利用离子渗氮和硫氮共渗技术在钻杆接头材料35crmo钢表面制备了氮化层和硫氮共渗层。在油润滑条件下采用自制的球-盘磨损试验机考察了表面渗层的摩擦磨损性能。利用了xrd研究了表面层的相结构,采用了带eds的sem对表面改性层和磨损表面进行了分析。结果表明:35crmo钢硫氮共渗层的摩擦学性能明显优于原始渗氮层;具有优良润滑作用的fes固体润滑膜在高硬度氮化层的支撑下,可以有效地改善钻杆接头的摩擦磨损性能。

为提高焊接接头的力学性能,利用波长为532nm,脉宽为10ns,能量为6.25j,光斑尺寸为3mm的yag激光器对焊接接头进行了激光冲击强化处理。结果表明:激光冲击强化使接头拉伸强度由815mpa提高到867mpa,焊缝硬度提高51.4%,热影响区硬度提高28.2%,焊接后残余应力由134mpa转变为-237mpa。利用光学显微镜对焊缝进行了观察和分析,并对力学性能提高的机制进行了讨论。

焊接接头热影响区软化是细晶粒钢焊接时普遍存在的问题.用有限元分析方法,从屈服强度和抗拉强度两个方面对热影响区软化的焊接接头的力学性能进行分析.分析结果表明,与接头的屈服强度相比,热影响区软化对接头的抗拉强度有较大的影响;软化的热影响区的屈服应力和宽度较焊缝对接头的抗拉强度有较大的影响,而且存在临界值,超过它们时,使接头的抗拉强度明显降低;增加焊缝的屈服应力可以改变临界点,提高热影响区软化焊接接头的屈服强度和抗拉强度.而且发现,试样的长度对测定热影响区软化的焊接接头的抗拉强度没有影响,而对其屈服强度的确定有一定影响.

应用离子渗氮与离子渗硫技术,在钻杆接头材料35crmo钢表面制备了硫氮复合处理层。采用m-200环块磨损试验机,对比研究了原始渗氮表面与硫氮复合表面在干摩擦条件下的抗磨损性能。结果表明,在干摩擦的条件下,由于摩擦副的接触表面缺乏润滑,硬度较高的渗氮层会加剧接触表面的磨损。而硫氮复合处理层由于在表面存在一层硫化亚铁固体润滑层,在磨损过程中可以起到一定的润滑作用,因此其在干摩擦条件下具备更好的抗磨损性能。

本文介绍了一种混凝土引气剂的制备技术,并同时对掺加该引气剂后的混凝土力学性能进行了测试,测验结果表明,掺加该引气剂后,混凝土密度下降,能改善混凝土的工作性能,但对混凝土抗压强度影响不明显。

在对绳索取心钻杆接头断裂现象分析的基础上,开展了对钻杆接头热处理工艺的研究。经研究改进了热处理工艺,调整了表面处理方式,使钻杆接头断裂现象较调整工艺前有明显减少,延长了钻杆接头的使用寿命,提高了勘探施工效率,减少和预防了孔内事故的发生。

摘要：泵压作为修井作业中的重要参数，在钻杆接头外径与套管内径环空间隙属于小间隙的情况下，其理论值与实际值往往相差很大。利用一般算法（忽略接头）、标准算法和小间隙算法对施工井泵压进行预测，并与实测泵压进行对比，得出小间隙算法更适合用于计算钻杆接头处的环空压耗。通过在bs23井的现场应用对比，三种算法中小间隙算法相对误差小于5％能更加精确地预测泵压。

摘要：泵压作为修井作业中的重要参数，在钻杆接头外径与套管内径环空间隙属于小间隙的情况下，其理论值与实际值往往相差很大。利用一般算法（忽略接头）、标准算法和小间隙算法对施工井泵压进行预测，并与实测泵压进行对比，得出小间隙算法更适合用于计算钻杆接头处的环空压耗。通过在bs23井的现场应用对比，三种算法中小间隙算法相对误差小于5％能更加精确地预测泵压。

针对钻杆接头反台肩处存在的外加厚过渡不全及几何缺陷,在静态纯弯曲条件下,用电阻应变片测试了所引起的应力集中系数.通过弯曲疲劳试验对钻杆使用寿命的影响规律进行了试验研究.结果表明,这种缺陷对钻杆寿命影响很大,在台肩深度相同时,缺陷半径越小,钻杆寿命越短.对钻杆接头缺陷的检验标准与钻杆的分级管理提出了合理建议.

采用dn-100型固定式点焊机、金相显微镜研究了焊接电流对铝合金接头宏观断口和显微断口形貌、组织的影响规律。结果表明:随着焊接电流的增大,断口直径依次增大。拉应力增加,熔核区的硬度均低于母材。