钻杆断裂常见的原因，详见如下几点
钻杆是一种尾部带有缧纹的钢管，用于连接钻机地表设备和位于钻井底端钻磨设备或底孔装置。钻杆的用途是将钻探泥浆运送到钻头，并与钻头一起提高、降低或旋转底孔装置。钻杆在转动过程中，必须能够承受较大的扭矩、扭曲、弯曲和振动。在钻探过程中，钻杆可以多次使用。
关于钻杆断裂常见的原因，详见如下几点：
1、非开挖钻杆使用时间太长,表面损伤较多,接近或超出疲劳寿命。及时更换新钻杆。
2、钻杆杆体材质、厚度不符合就技术规范要求。
3、扩孔或长距离打导向孔时,钻头突然碰到硬物产生强大的冲击力。造成扭矩突然增大,引起非开挖钻杆折断或扭断。操作手在操作非开挖钻机时应合理控制旋转速度和推进力,避免该类情况发生，钻进，加压，以适宜的旋转速度正转钻进。
4、施工孔的曲率半径超过钻杆的最小曲率半径的参数控制施工孔的最小曲率半径。
5、钻杆杆体表面划伤严重避免使用有伤痕的钻杆。
6、钻机的扭矩大于钻杆倾角承受的扭矩。为钻机配置合适的钻杆。
7、对孔位。不形成对钻杆的操作，但要注意不要""别""钻杆。
8、放钻。在钻杆和钻具重力作用下，克服孔壁磨擦力和泥浆浮力，实现钻杆伸展的过程叫放钻。
9、正确的放钻顺序为：外杆下放到位，相邻内杆才开始从外杆内伸出，由外到内，逐个完成。
钻杆失效原因分析 在钻井过程中，钻杆在任何部位失效都会造成严重的后果，甚至使井报废。我国各油田每年发生钻杆事故约五六百起，经济损失巨大，每年进口各种规格的钻杆就要耗用数亿元人民币的外汇。随着浅层资源的不断枯竭，今后越来越多的钻深井、超深井，钻杆的安全可靠性就成为一个十分突出的问题。 钻杆失效一般表现为本体断裂和刺漏，钻杆螺纹处失效等。原因大致是由以下一些因素引起的：钻进时钻杆的基本力学工况，钻具的组合及钻井工艺，井径规则性，偏磨，螺纹密封脂，钻井液，钻杆结构和材料，地层因素，井内腐蚀介质等，以上因素交互作用的结果导致钻杆失效。 钻杆的基本力学工况钻杆在内外充满钻井液的狭长井眼里工作，通常承受压、弯、扭、液力等载荷。如果钻杆所受应力小于每平方米206.8牛顿时，钻杆虽经过无数次的弯曲，也不会产生疲劳裂纹。钻井时钻杆承受弯曲、扭转和拉伸应力组成的复合应力很大，特别是在大位移定向井及水平井中扭矩极大，钻杆在远远小于100万次弯曲次数时便产生疲劳微裂纹；微裂纹产生后便不断扩大延伸，此时如果具有腐蚀作用的高压钻井液进入微裂纹中，就会加速裂纹扩展，最终导致钻井液刺穿钻杆的失效事故。刺穿发展的结果，使钻杆有效断面不断缩小，刺孔加裂纹的总长度超过其临界裂纹尺寸时，即发生断裂。除旋转向下的运动，同时还有钻杆的各种振动和涡动。 钻具组合及钻井工艺钻杆作为一个旋转的细长弹性杆件，有其固有振动频率，钻具的组合决定了此固有频率。钻杆旋转时还会产生纵向、横向和扭转3种形式的振动，当它们的频率与固有频率相吻合时则产生共振。共振的结果会在原来钻杆疲劳应力的基础上附加一个额外的疲劳应力，加速钻杆的失效。采用长效螺杆钻杆替代转盘钻定向井、水平井的钻井工艺可以减少钻杆的旋转弯曲疲劳程度。 如牙轮钻头轴产生的纵向振动频率与钻头－钻柱系统的固有自振频率相同时会出现共振，使钻头的振幅增大，产生极大的冲击载荷，加剧钻杆疲劳。再如用于不同直径或不同扣型钻杆过渡的配合接头使用不当，配合接头本身螺纹(主要是公扣)和与之相连的钻杆螺纹就可能断裂。
1、常见油管扣型(Tubing Joint) 油管常用扣型分为三种分别是EU、NU和NewVam。这三种扣型在工具车间都能找到，其中EU和NU单独从扣的外观上很难区分，都是三角扣型，但是从整个管柱就能很容易区分，那就是EU表示外加厚NU表示没有外加厚。New Vam 实际是一种梯形扣(扣截面呈矩形)，也是不带外加厚的，所以也很容易区分。下面将用示意图详细介绍三种扣型。 1)EU(External upset)外加厚 EU扣是一种外加厚油管扣型。在车间货架上认识变扣接头过程中还会发现三种和EU有关的biano标识。其中EUE(External Upset End)表示外加厚端，EUP(External Upset Pin)表示外加厚公扣，EUB(External Upset Box)表示外加厚母扣。除了用pin和box表示公扣母扣外，其他表示公扣有1. external thread 2. male 3. male thread。母扣有1. female thread 2. internal thread 3. box 4. box thread。 2)NU(Non-upset)没有外加厚 NU表示是没有外加厚的油管接头。除了没有外加厚外和EU一般还有一种区别就是NU一般每英寸10扣，EU一般每英寸8扣。其中NUE表示非加厚端或者说端部非加厚。同样E表示End。[以上说法来源《石油大典》。]
3)New VAM 这种扣型特点是扣截面基本为矩形，螺距间隔相等，锥度不大，没有外加厚。在车间的生产滑套套筒端部见到。 2.钻杆常用扣型总结 钻杆扣一般常见为REG和IF扣，其他如FH等在工具车间没有找到。根据师傅经验REG扣和IF扣一般分别是5扣/in和4扣/in，但是大于4-1/2”即使是4扣/in也是REG扣，也就是说大于4-1/2”一般都是REG扣，小于4-1/2”IF 扣较多。 1)REG(API Regular Thread)API标准里的正规扣型 正规型钻杆接头采用的螺纹。该型螺纹曾用于连接内加厚钻杆，形成钻杆接头内径小于钻杆加厚端内径，而钻杆加厚端内径又小于钻杆管体内径的通径。[见于95-96页《油气田井下作业修井工程》聂海光王新河等，石油工业出版社2002年2月北京第一版]
煤矿用钻杆断裂原因及解决措施浅析 【摘要】安全一直是煤矿井下施工的重中之重，在煤矿井下瓦斯抽采、煤矿探放水钻孔等施工过程中，钻杆是钻孔装备的重要组成部分，钻杆在钻进过程中的受力状态复杂，实际工况要求钻杆具备良好的性能。在实际的煤矿施工中如果钻杆断裂，必定会对造成安全事故，本文分析了煤矿钻孔用钻杆材质、加工工艺与质量、现场使用时钻进工艺等产生钻杆断裂的原因，并提出了如何提高并稳定钻杆质量、减少防止钻杆施工过程中发生断裂事故的措施。 【关键词】钻杆煤矿坑道钻机钻杆断裂原因分析解决措施 在煤矿井下瓦斯抽采、探放水的钻孔施工中，经常使用煤矿坑道钻机，钻杆作为钻机的重要组成部分，在钻孔施工现场大量使用。实际钻进过程中，钻杆处于孔内复杂的工作状态，通常承受拉、压、弯、剪扭、液力、振动等交变载荷，并伴随着液体的冲刷，钻进时经常出现钻杆断裂现象。钻杆断裂不仅影响正常生产，而且还因打捞困难使事故恶化，造成人力、财力的损失，给煤矿的施工安全带来很大影响。因此，正确客观分析钻杆的断裂原因，提前采取有效预防措施，提高控制钻杆质量，降低钻孔事故率，有重要的意义。 1 煤矿勘探用全液压动力头式钻机介绍 分体式全液压动力头式煤矿坑道钻机现已成为国内普遍生产的一种矿用回转式钻机。在煤矿井下钻孔施工中被广泛应用，其结构分主机、泵站、操纵台三大部分，适用于回转和冲击回转给进，主要用于煤矿瓦斯抽采、煤矿井下探放水、探地质构造、探煤层厚度、煤层注浆注水及管棚等各类工程钻孔的施工。 其解体性好，搬迁方便，机械式拧卸钻具，卡盘、夹持器与油缸之间，回转器与夹持器之间可联动操作，自动化程度高，工作效率高，操作简便，工人劳动强度小；采用双泵系统，回转参数与给进参数独立调节，提高了钻机对各种不同钻机工艺的适应能力，用支撑油缸调整机身倾角方便省力，回转器采用通孔结构，钻杆长度不受给进行程的限制，操作台集中操作，人员可远离孔口，有利于人身安全。 2 煤矿用钻杆介绍 在煤矿瓦斯抽放、对煤层注水等钻孔施工过程中，钻杆是必不可少的设备，作为钻机的配套设备，钻杆质量的好坏就直接影响施工的安全与进度，然而由于煤矿中钻杆需要承受的压力、材质、以及加工工艺的不同，使得钻杆存在一些质量的问题，这必将影响煤矿施工的进度。下图是直径为42毫米的钻杆结构图，不仅包括外锥螺纹接头、无缝地质钢管还包括内锥螺纹接头，这个就是矿用钻杆的最基本结构。因此我们要想提高钻杆的质量，就要先从钻杆断裂的原因着手，从而找到对钻杆质量安全的控制对策（如图1）。
地质钴杆工作环境恶劣，工作环境差易磨损、易腐蚀、易疲劳综合力学要求高。钻杆失效形式主要是钻杆的断裂。钻杆在导向、定向钻进过程中一但断裂, 将会对工程造成严重影响，不仅是经济上的巨大损失，而且影响工期，失去信誉, 后果不堪设想。因此，作为施工个人或企业，一定要学会如何正确地选择和使用钻杆；而作为钻杆生产厂家，要知道各种开挖或非开挖工程对钻杆的特殊要求, 生产出高强度、高韧性和高可靠性的钻杆。 地址钻杆失效原因我们可从两方面来分析，人为因素和钻杆本身存在的缺陷，钻杆本身的缺陷又分设计缺陷和材料本身存在的缺陷。 钻杆在导向、定向钻进时往往在受到较大拉力和扭力作用的同时，还受到弯曲力的作用。钻杆通过曲线段时，钻杆被迫弯曲，弧线内侧受压应力作用，弧线外侧受拉应力作用。当钻杆在曲线段旋转时，杆体就受到拉压交变应力的作力，而钻孔曲率半径越小交变应力就越大。研究表明这个交变应力达到一定值后，就极容易使钻杆产生疲劳裂纹。钻杆刚开始产生的疲劳裂纹疲劳裂纹非常微小，肉眼很难发现，但疲劳裂纹发展速度极快，最后表现为突然的脆性断裂。试验证明，钻杆受交变应力作用而疲劳断裂是钻杆断裂失效的主要原因。 施工队伍有很多是经验丰富素质高的专业公司，也有临时拼凑起来的没有任何施工经验和技术的队伍，他们往往连钻杆（或钻孔）的曲率半径都没听说过，不太了解地址钻杆的特性是造成钻杆断裂的人为方面的主要原因。这要通过学习和培训加规范施工来解决。下表中列出来地质钻杆失效的部位和表现形式及原因。 表一
三、避免钻杆非正常失效的措施 钻杆的基本力学工况钻杆在内外充满钻井液的狹长井眼里工作，通常承受压、弯、扭、液力等载荷。如果钻杆所受应力小于每平方米206.8牛顿时，钻杆虽经过无数次的弯曲，也不会产生疲劳裂纹。钻井时钻杆承受弯曲、扭转和拉伸应力组成的复合应力很大，特别是在大位移定向井及水平井中扭矩极大，钻杆在100万次弯曲次数时便产生疲劳微裂纹；微裂纹产生后便不断扩大延伸，此时如果具有腐蚀作用的高压钻井液进入微裂纹中，就会加速裂纹扩展，最终导致钻井液刺穿钻杆的失效事故。刺穿发展的结果，使钻杆有效断面不断缩小，刺孔加裂纹的总长度超过其临界裂纹尺寸时，即发生断裂。除旋转向下的运动，同时还有钻杆的各种振动和涡动。 根据钻杆的失效原因分析，钻杆除正常磨损而失效外，钻杆的非正常失效原因可分为为两个方而：工人操作原因和钻杆自身质量原因。因此，我们可以从提高钻杆质M和规范操作两方而来避免钻杆非正常失效。 1.提高钻杆质量 (1)钻杆材料选择：为适应钻杆的受力分析，钻杆杆体应有较高的抗拉强度、较好抗弯性能和较好的冲击韧性。杆体材料应选择中碳合金结构无缝钢管，合金元素中应含有较多的 Cr、Mo等元素以提高材料的抗拉强度和冲击韧性，含有Mn、Si等元素以提高材料的弹性
石油专用管螺纹管材的类型及规格之一 ---------钻具接头螺纹 钻具接头螺纹用于如钻铤、钻杆、钻具稳定器及转换接头等钻井工具及钻柱构件的连接。 目前生产和检验依据的标准主要是API SPEC 7。 API SPEC 7称钻具接头螺纹为“旋转台肩连接”，是石油钻探行业连接钻柱构件最主要的机械机构。这种带锥螺纹具有通过轴向位移来补偿连结部分直径误差的特点，因此互换性程度高、结合紧密和装拆容易。其技术特点为英制锥管螺纹、有台肩连接、三角形螺纹，在管材连接 中应用极为广泛。其主要螺纹型式如表1所示。 表1：钻具接头螺纹类型 序号螺纹型式螺纹牙型规格与种类 1 数字型（NC） V-0.038R NC23-NC77共计13种 2 内平型（IF） V-0.065 23/8in-51/2in共计6 种 3 贯眼型（FH） V-0.065V-0.050V-0.040 31/2in-65/8in共计5种 4 正规型（REG） V-0.050V-0.040 23/8in-85/8in共计8种 1. 内平型螺纹 该型钻具接头螺纹连接外加厚或内外加厚钻杆，形成钻杆接头内径、管体加厚内径与管体内径相等或近似的通径。所有规格螺纹均采用V-0.065平顶平底三角形牙型，这种牙型为平牙底，牙顶较宽度为0.065英寸（1.651mm）。除51/2IF外，其它规格螺纹的因结构尺寸与相应的数字型螺纹完全相同，故具有互换性。该型螺纹因其牙型结构易导致应力集中，API已将其淘汰，其中包括41/2IF和4IF，它们就是曾经在我油田被大量使用的410、411和4A10、4A11，取而代之 的是NC50和NC46数字型螺纹。 2. 贯眼型螺纹 该型钻杆接头螺纹连接内外加厚钻杆，形成钻杆接头内径和加厚端内径相等，而均小于钻杆管体内径的通径。该型螺纹的规格虽然为数不多，但却使用了V-0.065、V-0.050（牙底为圆弧，牙顶宽度为0.050英寸，1.27mm）和V-0.040（牙底为圆弧，牙顶宽度为0.040英寸，1.02mm）
在钻井过程中，钻杆在任何部位失效都会造成严重的后果，甚至使井报废。我国各油田每年发生钻杆事故约五六百起，经济损失巨大，每年进口各种规格的钻杆就要耗用数亿元人民币的外汇。随着浅层资源的不断枯竭，今后越来越多的钻深井、超深井，钻杆的安全可靠性就成为一个十分突出的问题。 钻杆失效一般表现为本体断裂和刺漏，钻杆螺纹处失效等。原因大致是由以下一些因素引起的：钻进时钻杆的基本力学工况，钻具的组合及钻井工艺，井径规则性，偏磨，螺纹密封脂，钻井液，钻杆结构和材料，地层因素，井内腐蚀介质等，以上因素交互作用的结果导致钻杆失效。 钻杆的基本力学工况钻杆在内外充满钻井液的狭长井眼里工作，通常承受压、弯、扭、液力等载荷。如果钻杆所受应力小于每平方米206.8牛顿时，钻杆虽经过无数次的弯曲，也不会产生疲劳裂纹。钻井时钻杆承受弯曲、扭转和拉伸应力组成的复合应力很大，特别是在大位移定向井及水平井中扭矩极大，钻杆在远远小于100万次弯曲次数时便产生疲劳微裂纹；微裂纹产生后便不断扩大延伸，此时如果具有腐蚀作用的高压钻井液进入微裂纹中，就会加速裂纹扩展，最终导致钻井液刺穿钻杆的失效事故。刺穿发展的结果，使钻杆有效断面不断缩小，刺孔加裂纹的总长度超过其临界裂纹尺寸时，即发生断裂。除旋转向下的运动，同时还有钻杆的各种振动和涡动。 钻具组合及钻井工艺钻杆作为一个旋转的细长弹性杆件，有其固有振动频率，钻具的组合决定了此固有频率。钻杆旋转时还会产生纵向、横向和扭转3种形式的振动，当它们的频率与固有频率相吻合时则产生共振。共振的结果会在原来钻杆疲劳应力的基础上附加一个额外的疲劳应力，加速钻杆的失效。采用长效螺杆钻杆替代转盘钻定向井、水平井的钻井工艺可以减少钻杆的旋转弯曲疲劳程度。 如牙轮钻头轴产生的纵向振动频率与钻头－钻柱系统的固有自振频率相同时会出现共振，使钻头的振幅增大，产生极大的冲击载荷，加剧钻杆疲劳。再如用于不同直径或不同扣型钻杆过渡的配合接头使用不当，配合接头本身螺纹(主要是公扣)和与之相连的钻杆螺纹就可能断裂。 井径不规则影响井径不规则或扩径严重的井段，钻杆的弯曲程度随之相应增大，钻杆旋转时连接螺纹部位受交变弯曲应力加速钻杆疲劳失效，同时螺纹连接受力复杂化，加剧了螺纹疲劳损坏。 偏磨井下钻杆旋转时存在着自转、公转、自转和公转共存3种形式。自转引起钻杆的均匀磨损，公转引起钻杆的偏磨，磨损后使钻杆强度下降。 螺纹密封脂使用或涂抹方法不当，如用柴油清洗钻杆丝扣、螺纹密封脂不加盖混入钻井液、杂质或加机油稀释使螺纹密封脂附着困难、螺纹密封脂涂抹量少或涂抹不到位等，造成钻杆螺纹连接时不能进行有效的密封和润滑而发生丝扣黏结。
扣型是工具中最常见的部分，也是比较难区分的一部分。扣型对于工具师或是监督是很重要的，一个工具师如果不了解扣型，要料、准备到指挥作业都是行不通的，要出大问题的。这一周主要是学习认识各种常见扣型，包括油管扣型，冲管扣型，筛管盲管扣型，密封单元连接扣形，钻杆扣型等。 1、常见油管扣型(Tubing Joint) 油管常用扣型分为三种分别是EU、NU和NewVam、fox。这四种扣型在工具车间都能找到，其中EU和NU单独从扣的外观上很难区分，都是三角扣型，但是从整个管柱就能很容易区分，那就是EU表示外加厚NU表示没有外加厚。New Vam实际是一种梯形扣(扣截面呈矩形)，也是不带外加厚的，所以也很容易区分。下面将用示意图详细介绍三种扣型。 1)EU(External upset)外加厚 EU扣是一种外加厚油管扣型。在车间货架上认识变扣接头过程中还会发现三种和EU有关的biano标识。其中EUE(External Upset End)表示外加厚端，EUP(External Upset Pin)表示外加厚公扣，EUB(External Upset Box)表示外加厚母扣。除了用pin和box表示公扣母扣外，其他表示公扣有1. external thread 2. male 3. male thread。母扣有1. female thread 2. internal thread 3. box 4. box thread。 图1-1 EU扣型 2)NU(Non-upset)没有外加厚 NU表示是没有外加厚的油管接头。除了没有外加厚外和EU
一般还有一种区别就是NU一般每英寸10扣，EU一般每英寸8扣。其中NUE表示非加厚端或者说端部非加厚。同样E表示End。[以上说法来源《石油大典》。] 图1-2 NU扣型 3)New V AM 这种扣型特点是扣截面基本为矩形，螺距间隔相等，锥度不大，没有外加厚。在车间的生产滑套套筒端部见到。 图1-3 New V AM扣型 2.钻杆常用扣型总结 钻杆扣一般常见为REG和IF扣，其他如FH等在工具车间没有找到。根据师傅经验REG扣和IF扣一般分别是5扣/in和4扣/in，但是大于4-1/2”即使是4扣/in也是REG扣，也就是说大于4-1/2”一般都是REG扣，小于4-1/2”IF扣较多。 1)REG(API Regular Thread)API标准里的正规扣型 正规型钻杆接头采用的螺纹。该型螺纹曾用于连接内加厚钻杆，形成钻杆接头内径小于钻杆加厚端内径，而钻杆加厚端内径又小于钻杆管体内径的通径。[见于95-96页《油气田井下作业修井工程》聂海光王新河等，石油工业出版社2002年2月北京第一版] REG扣和IF扣摸起来，手感不一样。REG扣细腻一些，IF扣粗糙一些，原因就是单位长度的扣密度不同。图1-4是REG扣的剖面示意图，图1-5为实物图。 图1-4 REG扣型
测试与分析 螺栓断裂失效原因分析 华南理工大学机电系(广州 510641) 高 岩 李 林 许麟康 【摘要】 合金结构钢(相当于我国35CrMo钢)制螺栓用于空调压缩机内连接气缸体与气缸盖,在生产线上用气动搬手装配时相当部分发生断裂。失效分析结果表明,机加工时螺纹根部及表面形成微裂纹,以及回火不足,硬度偏高,共同造成了螺栓失效。 关键词:低合金钢 螺栓 微裂纹 F ailure Analysis on the Fracture of Bolts G ao Yan,Li Lin,Xu Linkang (Department of Mechano2Electronic Engineering,S outh China University of Technology,Guangzhou510641)【Abstract】 A batch of bolts with size of M4×1135used to connect cylinder body and cover of air conditioner com pressor were made of imported low alloy steel close to35CrMo in com position1However,a great proportion of the bolts fractured when being assembled us2 ing pneumatic spanner1After failure analysis,it was found that the main reason for the ru pture of bolts was the micro2cracks induced by machining.At the same time,non2enough tempering which resulted in the brittleness of the material also accounted for the fracture1 K ey w ords:low alloy steel,bolt,micro2crack 某标准件公司一批螺栓,规格为M4×1135,材料为合金结构钢,相当于我国的35CrMo钢,冷墩头部,搓制螺纹,热处理工艺为淬火+回火,并进行发兰处理,规定σb>1000MPa, (32～38)HRC。螺栓用于空调压缩机内连接气缸体与气缸盖,但在生产线上用气动搬手装配时相当部分螺栓在与螺栓交截的第二、第三螺纹牙根处发生断裂。我们对该批螺栓的断裂原因进行了分析。 1 金相观察及硬度分析 在一批断裂螺栓中随机选取2个断裂螺栓头,将其沿轴向剖开,制备轴向剖面的金相试样,抛光状态(未侵蚀)下可见在螺纹尖端和根部有明显裂纹存在(图略);这些微裂纹由于高度的应力集中,在外力作用下极容易发生失稳扩展,从而导致螺栓断裂。 将上述抛光态试样用3%硝酸酒精溶液侵蚀后在显微镜下观察,发现其组织形态都很相似,为保持原马氏体位向的回火索氏体,见图1所示。35CrMo钢用作螺栓时,应有较好的综合力学性能,其组织应以调质状态为佳,即淬火+回火后得到回火索氏体。而本例中螺栓组织状态虽是回火索氏体,但原马氏体位向十分明显,显然会使材料的塑性和韧性受损,脆性增加,材料硬度也会增加。沿螺牙顶端到根部依次打硬度,所得结果见表1,可见硬度范围为(37～41)HRC,偏高于螺栓规定的硬度范围。螺栓硬度偏高的原因主要是回火不足或不充分造成的。 2 扫描电镜观察分析 为弄清螺栓断裂的机理,按断口形貌特征选取了9个样品,将其用物理方法清洗干净后置于扫描电镜下进行观察,发现断口有3种类型:第1类是断口边缘只有一个剪切唇(1号样品),第2类是断口边缘有2个剪切唇(2号样品),第3 高岩:女,35岁,工学硕士,讲师,曾以访问学者身份在葡萄牙焊接质量研究所(ISQ)工作,兼任中国机械工程学会失效分析分会失效分析工程师。主要从事高温合金,金属材料的腐蚀与防护,失效分析及工业设备寿命评估等方面的工作。已在国内外学术刊物上发表论文10余篇。收稿日期:1997年8月19 日。 图1 螺栓基体组织 ×500 表1 螺栓的硬度HRC 选点12345 试样14137393937 试样24039.5413937 类是断口边缘有3个剪切唇(3号样品),且以第3类断口数量居多。图2是2号样品的宏观断口形貌。这些断口边缘除剪切唇处或凸起或凹进以外,其余边缘处都较平滑,这与一般断裂由心部起源,最后断裂边缘处为杯口状剪切唇的断口形貌特征显然不同,而且,从断口的放射辉纹的走向看,断裂的起源都在断口的边缘即螺纹的根部上,而不是在螺栓的心部。对3类断口分别在扫描电镜下进行了详细的观察,图3a～3d 为2号样品的微观形貌。a是始断区,从右侧的螺纹面上可见明显发兰处理后的表面氧化膜,在螺纹面与断口的交界处(即螺纹根部)可见二次裂纹和摩擦痕存在;将a放大至b,可见摩擦痕底下是氧化物,而摩擦痕明显位于断口一侧,由此可以推断:此摩擦痕处在断裂前就已经有裂纹存在,裂纹为搓制螺纹时所产生,在随后的发兰处理过程中此裂纹内部也进行了发兰处理,形成了氧化膜,其形态与螺旋表面的发兰膜相 43《金属热处理》1998年第2期
螺纹断裂分析 螺纹 一般情况下，我们对于螺栓断裂从以下四个方面来分析： 第一、螺栓的质量 第二、螺栓的预紧力矩 第三、螺栓的强度 第四、螺栓的疲劳强度 实际上，螺栓断裂绝大多数情况都是因为松动而断裂的，是由于松动而被打坏的。因为螺栓松动打断的情况和疲劳断裂的情况大体相同，最后，我们总能从疲劳强度上找到原因，实际上，疲劳强度大得我们无法想象，螺栓在使用过程中根本用不到疲劳强度。 螺纹紧固件的松动不是由于螺栓的疲劳强度： 螺纹紧固件在横向振松实验中只需一百次即可松动，而在疲劳强度实验中需反复振动一百万次。换句话说，螺纹紧固件在使用其疲劳强度的万分之一时即松动了，我们只使用了它大能力的万分之一，所以说螺纹紧固件的松动也不是因为螺栓疲劳强度。 螺纹紧固件损坏的真正原因是松动： 螺纹紧固件松动后，产生巨大的动能mv2，这种巨大的动能直接作用于紧固件及设备，致使紧固件损坏，紧固件损坏后，设备无法在正常的状态下工作，进一步导致设备损坏。 受轴向力作用的紧固件，螺纹被破坏，螺栓被拉断。 受径向力作用的紧固件，螺栓被剪断，螺栓孔被打成橢圆。 选用防松效果优异的螺纹防松方式是解决问题的根本所在：目前，最先进和效果最好的防松方式是唐氏螺纹紧固件防松方式。唐氏螺栓在四辊破碎机上使用、在液压破碎锤上使用，其强度都没有增加，而螺栓不再断裂了。 唐氏螺纹防松方式 唐氏, 螺纹 目前，最先进和效果最好的防松方式是唐氏螺纹紧固件防松方式。 唐氏螺纹同时具有左旋和右旋螺纹的特点。它既可以和左旋螺纹配合，又可以和右旋螺纹 配合。 联接时使用两种不同旋向的螺母。工作支承面上的螺母称为紧固螺母，非支承面上的螺母称为锁紧螺母。使用时先将紧固螺母预紧，再将锁紧螺母预紧。 在振动、冲击的情况下，紧固螺母会发生松动的趋势，但是，由于紧固螺母的松退方向是
浅析方钻杆旋塞阀失效原因分析及对策 摘要：本文通过分析方钻杆旋塞阀失效的形式和原因,确定了方钻杆旋塞阀的薄弱环节，进一步分析出方钻杆旋塞阀的主要失效形式为旋钮无法转动、旋塞本体产生裂纹和旋钮孔处泥浆溢出以及密封失效。并提出了相应的改进措施,对预防和减少方钻杆旋塞阀使用中存在的问题和优化旋塞阀结构设计有一定的参考价值。 主题词方钻杆旋塞阀失效分析对策 方钻杆旋塞阀简称“旋塞”，是一种重要的钻具内防喷工具，安装在方钻杆上端的称方钻杆上旋塞，安装在方钻杆下端的称方钻杆下旋塞。用专用的扳手转动阀芯，实现旋塞阀的打开和关闭，平时为常开，当发生溢流或井喷时，关闭方钻杆旋塞阀，截断钻具内通道，达到钻具内防喷的目的；当水龙带、高压管汇损坏时，关闭该装置，即可进行安全更换。我们井控车间在检验旋塞时频繁发生阀芯与阀座之间密封失效，阀座刺坏；阀芯长期不活动，阀座密封面锈蚀严重，旋钮不能转动，无法实现旋塞的开关动作，开关耍圈等等多种失效形式。为此，我们针对旋塞的失效进行分析统计通过研究提出解决方案，为新型旋塞的研制提供一定的理论参考。 1构造及工作原理 方钻杆旋塞阀由以下几个部分组成：本体、孔卡、卡环、挡圈、上阀座、密封件、挡环、定位环、旋钮、拨块、球阀、下阀座、叠簧和密封件等组成（图1）。 旋塞内部结构实物图 旋塞通过专用扳手扭动旋钮，带动拨块，使球阀发生转动，以实现开关状态的转变。球阀是一个带通孔的阀，在其通孔与旋塞阀水眼一致时，其为开位。当再旋转90°，其通孔与水眼垂直，堵塞水眼，封闭其水眼。 2现场主要失效形式 在油田生产中旋塞阀的主要失效形式如下：（1）旋钮开关力矩过大，旋钮内六方孔磨损，无法传递足够的开关力矩；（2）旋钮锈蚀或旋钮固死，导致旋钮开关力矩过大或旋钮无法转动（3）泥浆颗粒较大，旋塞阀开关不到位（4）使用时间较长，旋塞本体产生裂纹或旋钮左右两侧有裂纹(5) 阀芯加工工艺差，球芯刺坏(6)旋钮孔密封圈损坏，旋钮密封失效泥浆溢出(7) 阀体膨胀变形(8) 阀芯
常见油管扣型 扣型是工具中最常见的部分，也是比较难区分的一部分。扣型对于工具师或是监督是很重要的，一个工具师如果不了解扣型，要料、准备到指挥作业都是行不通的，要出大问题的。这一周主要是学习认识各种常见扣型，包括油管扣型，冲管扣型，筛管盲管扣型，密封单元连接扣形，钻杆扣型等。 1、常见油管扣型(Tubing Joint) 油管常用扣型分为三种分别是EU、NU和NewVam。这三种扣型在工具车间都能找到，其中EU和NU单独从扣的外观上很难区分，都是三角扣型，但是从整个管柱就能很容易区分，那就是EU表示外加厚NU表示没有外加厚。New Vam实际是一种梯形扣(扣截面呈矩形)，也是不带外加厚的，所以也很容易区分。下面将用示意图详细介绍三种扣型。 1)EU(External upset)外加厚 EU扣是一种外加厚油管扣型。在车间货架上认识变扣接头过程中还会发现三种和EU有关的biano标识。其中EUE(External Upset End)表示外加厚端，EUP(External Upset Pin)表示外加厚公扣，EUB(External Upset Box)表示外加厚母扣。除了用pin和box表示公扣母扣外，其他表示公扣有1. external thread 2. male 3. male thread。母扣有1. female thread 2. internal thread 3. box 4. box thread。 图1-1 EU扣型 2)NU(Non-upset)没有外加厚 NU表示是没有外加厚的油管接头。除了没有外加厚外和EU一般还有一种区别就是NU一般每英寸10扣，EU一般每英寸8扣。其中NUE表示非加厚端或者说端部非加厚。同样E表示End。[以上说法来源《石油大典》。] 图1-2 NU扣型 3)New VAM 这种扣型特点是扣截面基本为矩形，螺距间隔相等，锥度不大，没有外加厚。在车间的生产滑套套筒端部见到。 图1-3 New VAM扣型 2.钻杆常用扣型总结 钻杆扣一般常见为REG和IF扣，其他如FH等在工具车间没有找到。根据师傅经验REG 扣和IF扣一般分别是5扣/in和4扣/in，但是大于4-1/2”即使是4扣/in也是REG扣，也就是说大于4-1/2”一般都是REG扣，小于4-1/2”IF扣较多。 1)REG(API Regular Thread)API标准里的正规扣型 正规型钻杆接头采用的螺纹。该型螺纹曾用于连接内加厚钻杆，形成钻杆接头内径小于钻杆加厚端内径，而钻杆加厚端内径又小于钻杆管体内径的通径。[见于95-96页《油气田井下作业修井工程》聂海光王新河等，石油工业出版社2002年2月北京第一版]
钻杆螺纹断裂失效分析 鲍洪峰刘道喜 （无锡双马钻探工具有限公司技术研发中心 江苏 无锡 214000） 江苏钻通生产的X320型钻机中钻杆在使用一段时间，在钻杆螺纹处断裂。为查明原因进行失效分析。 钻杆材料为42MnMo7，化学成分由厂家提供，有待进行复验。 钻杆规格：￠73*8*3000mm。 技术要求：钻杆整体进行调制处理，硬度30~35HRC。抗拉强度：≧965Mpa， 屈服强度：≧865Mpa 钻杆结构及断裂位置如图1所示。 （图1）钻杆结构及断裂位置示意图 1、宏观分析 送检式样的宏观形貌如图2所示。 （图2）试样宏观形貌 从图2中看到断口在螺纹的第三级上，断口基本齐平与轴向垂直，无明显塑性形变痕迹，断口形貌如图3所示。 从图3中看到，断口的外圈有一个平台区，平台上可看到明显的贝纹线，这是疲劳裂纹扩展留下的痕迹，也是裂纹扩展时停歇后留下的痕迹，所以根据典型的贝纹线形貌可以确定，断口的断裂类型为疲劳断裂。断裂过程为：在螺纹根部的一周都有疲劳裂纹源，一周的裂纹同时向轴心扩展，根据受力的大小反应出扩展的快慢，从图3看到，右侧的受力要偏大于左侧，因平面区域大，且疲劳扩展的贝纹线清晰可见。当剩余直径的截面积承受不了工作载荷后，即发生最后的瞬时断裂，因为受到的是扭力，所以最后断裂区与轴向呈45度，并且断口粗糙。各区的放大形貌如图4所示。 （图3）断口宏观形貌 从图3中可以看出公扣的牙底部份的储油空 （a）疲劳扩展区右侧 （b）疲劳扩展区左侧
（图4）断口局部放大形貌 2、显微分析 在图4a中红框位置取样，沿纵截面按照常规制样方法制样，进行显微组织分析。式样的纵截面上即可看到其他螺纹根部也有宏观裂纹产生，如图5所示。宏观裂纹长度大约为2~3mm。从截取的试样上看到，断口处的螺纹顶部已被挤压磨损掉了，如图6所示。 （图5）螺纹根部宏观裂纹形貌 （图6）螺纹顶部磨损形貌 观察试样心部及表层显微组织均为回火索氏体组织，组织分布均匀，如图7所示。 心部组织形貌
一、关于钻进中钻杆折断的原因是多方面的，也是钻探生产过程中的常见事故。 二、关于钻杆折断的原因 大概有以下几点： 1、材质与加工 （1）钻杆材质。如今钻探材料的市场比较乱，不诚信商家以次充好，绝大多数用户只考虑低价，而没有能力分辨管材质量，乱采乱购。不少用户花了高价格，买了次材质管材，还振振有词说自己的东西如何如何好。 （2）加工质量。主要是连接丝扣的加工标准、加工扣型、加工质量、加工精度等等。 （3）热处理工艺。如调质和硬化处理。 2、配套 钻杆和配套接手应该选择一个生产厂家，保证标准统一，达到最好的配套性。好多用户是张三钻杆李四接手。 3、现场使用 （1）搬迁过程中，要轻拿轻放，不能乱摔乱丢。 （2）卸丝扣的过程中，切不可用大锤用力敲击。 （3）发现磨损超差的应该立即更换。 （4）钻杆是有使用寿命的，超过服役期，应该整体更换。 （5）避免已经该报废的钻杆和新钻杆混合使用。 （6）避免不同标准的钻杆混合使用。 4、钻进工艺技术 （1）合理的钻头钻具级配，保持合理的外环间隙，使用合适的减阻剂，保持泥浆的润滑性，降低钻具的回转阻力。 （2）防止钻孔超径，出现钻具弯曲，从而导致钻杆折断。 （3）合理的钻进工艺参数，过高的钻压和过高的转速容易导致钻杆折断。 （4）地层复杂的情况下，采用绳索取心钻进，应采用相应的治理措施，否则钻杆折断事故不断发生。 （5）操作过程中，避免强镦强扭。 三、关于钻杆折断和钻机功率的问题 我是这样认为的，不能将钻杆折断归绺于钻机的功率上。那样的想法不是实事求是。关于这个问题，我从两方面谈。 1、钻机的选择和钻杆的选择是根据工程的目的需要而定的。也就是说，要根据钻孔的孔深、地层情况、钻孔口径、钻进方法、施工条件来选择设备和管材。例如，如果钻孔很浅，不超过300米，我们可以选功率小，质量轻的钻机，选择直径小的钻杆就可以了。如果钻孔深，超过500米，超过1000米，那钻机的选择、钻杆规格和质量的选择就和浅孔不一样了。总之，钻探设备和配套管材的选择要和施工需要结合。 2、现场出现钻杆折断事故频繁的现象，要实事求是地分析原因，不能归绺于钻机能力大。我们应该找找根本的原因，例如，钻杆质量如何，是不是超径了，孔内阻力大，泥浆砂粉多，钻压是不是大了，转速是不是太高了，钻具和接手是不是磨损过大了，孔径是不是缩小了等等。当然钻机能力大的时候，加压能力大，回转扭矩大，即使孔内阻力大，钻机也不会表现出来吃力，在这种情况下，如果我们的操作员不了解孔内情况，很容易造成钻杆扭断或变形。如果钻机能力小，孔内阻力大时，钻机很吃力，表面上看起来好像功率不够。这种情况不能说钻杆断是钻机的能力太大，而是我们的操作员或现场技术人员自身技术素质差，分析问题、解决问题的能力差。按照这些人的思维，1500米或2000米钻机不能施工浅孔了？不能使用小直径强度较低的钻杆了吗？
常见油管钻杆扣型
1、常见油管扣型(Tubing Joint) 油管常用扣型分为三种分别是EU、NU和NewVam。这三种扣型在工具车间都能找到，其中EU和NU单独从扣的外观上很难区分，都是三角扣型，但是从整个管柱就能很容易区分，那就是EU表示外加厚NU表示没有外加厚。New Vam实际是一种梯形扣(扣截面呈矩形)，也是不带外加厚的，所以也很容易区分。下面将用示意图详细介绍三种扣型。 1)EU(External upset)外加厚 EU扣是一种外加厚油管扣型。在车间货架上认识变扣接头过程中还会发现三种和EU有关的biano标识。其中EUE(External Upset End)表示外加厚端，EUP(External Upset Pin)表示外加厚公扣，EUB(External Upset Box)表示外加厚母扣。除了用pin和box表示公扣母扣外，其他表示公扣有1. external thread 2. male 3. male thread。母扣有1. female thread 2. internal thread 3. box 4. box thread。 2)NU(Non-upset)没有外加厚 NU表示是没有外加厚的油管接头。除了没有外加厚外和EU一般还有一种区别就是NU一般每英寸10扣，EU一般每英寸8扣。其中NUE表示非加厚端或者说端部非加厚。同样E表示End。[以上说法来源《石油大典》。]
3)New VAM 这种扣型特点是扣截面基本为矩形，螺距间隔相等，锥度不大，没有外加厚。在车间的生产滑套套筒端部见到。 2.钻杆常用扣型总结 钻杆扣一般常见为REG和IF扣，其他如FH等在工具车间没有找到。根据师傅经验REG扣和IF扣一般分别是5扣/in和4扣/in，但是大于4-1/2”即使是4扣/in也是REG扣，也就是说大于4-1/2”一般都是REG扣，小于4-1/2”IF 扣较多。 1)REG(API Regular Thread)API标准里的正规扣型 正规型钻杆接头采用的螺纹。该型螺纹曾用于连接内加厚钻杆，形成钻杆接头内径小于钻杆加厚端内径，而钻杆加厚端内径又小于钻杆管体内径的通径。[见于95-96页《油气田井下作业修井工程》聂海光王新河等，石油工业出版社2002年2月北京第一版]
钻杆接头的扣型 NC77 4 161.85 204.79 2 3/8"REG 5 47.62 68.20 231×230 2 7/8"REG 5 53.97 77.78 331×330 3 1/2"REG 5 65.07 90.48 431×430 4 1/2"REG 5 90.47 119.06 531×530 5 1/2"REG 4 110.06 141.68 631×630 6 5/8"REG 4 131.03 153.9 国内现场叫 法 API 名称 每英寸扣数 公扣小头端 面外径/mm 母扣台肩 端面内径 /mm 211×210 NC26=2 3/8"IF 4 60.3 5 74.61 NC31=2 7/8' 4 71.31 87.71 311×310 NC38=3 1/2"IF 4 85.06 103.58 NC40=4"FH 4 89.06 110.33 NC44 4 98.42 119.06 4A11×4A10 NC46=4"IF 4 103.73 124.61 411×410 NC50=4 1/2"IF 4 114.30 134.91 NC56 4 117.50 150.81 NC61 4 126.60 165.10 NC70 4 147.6 5 187.33
731×7307 5/8"REG4144.47180.18 831×8308 5/8"REG4167.84204.39 321×320 3 1/2"FH577.62102.79 4"FH=NC40489.66110.33 421×420 4 1/2"FH596.31123.83 521×520 5 1/2"FH4126.79150.02 621×620 6 5/8"FH4150.37173.83 211×210 2 3/8"IF=NC2 6 460.3574.61 2 7/8"IF=NC3 1 471.3187.71 311×310 3 1/2"IF=NC3 8 485.06103.58 4A11×4A104"IF=NC464103.73124.61 411×410 4 1/2"IF=NC5 4114.30134.91 511×510 5 1/2"IF4141.32163.91注：1>.IF是内平 2>.FH是贯眼 3>.REG是正规 套管外径mm壁厚mm 内径mm 千米容积m3/km 139.7 7.72 124.26 12.13 9.17 121.36 11.57
牙轮钻机钻杆孔中断裂打捞方法 【摘要】本文介绍了牙轮钻机穿孔过程中发生钻杆断裂后，如何对落入孔中的钻具进行打捞，将损失降低，对其它矿山发生类似情况具有借鉴意义。 【关键词】钻杆打捞牙轮钻机 牙轮钻机是大中型露天矿山普遍使用的穿孔设备。它是利用牙轮钻头破碎岩石并依靠压缩空气排除岩渣的自行式钻机。它与其他类型的钻机相比，具有穿孔效率高、成本低、安全可靠、使用范围广和劳动强度低等特点，广泛应用在冶金、煤炭、化工、国防等工业部门的大中型矿山中。 牙轮钻机钻具包括钻杆、稳杆器、钻头。钻杆是由无缝钢管和带有螺纹的上、下接头焊接而成的组合体。钻杆在钻机穿孔过程中的主要作用是把钻机回转机构及加压机构的动力和运动传给钻头，并保证钻孔的深度和方向，同时向孔底输送压气及排除岩渣。我公司两种型号的牙轮钻机均采用两根9.25米的短钻杆接成长钻杆钻进，钻杆直径为273mm。稳杆器安装在钻头的上部，钻杆的前端，它是用来保持钻孔方向和有利于钻出光滑孔壁的。稳杆器将迫使钻头围绕自己的中心旋转，因而钻具工作平稳、振动小、钻进能量利用率高，还可避免钻杆与孔壁偏心接触，使钻杆绕自身轴线回转，减小钻杆振动，降低回转扭矩。钻头通过回转加压机构驱动与岩石接触，牙轮绕牙爪轴线自转的同时绕钻头中心公转。在轴压力的静载荷及牙轮滚动时的动载荷作用下，牙轮上的刃齿以凿碎、压入、剪切、刮削等形式将岩石破碎。 钻具的费用占整个穿孔费用的60%以上，牙轮钻机穿孔过程中，司机操作不当，偏帮、夹钻及岩层的突然变化均能导致钻杆的断裂。近年，我公司发生的几起钻杆断裂事故，断裂部位全部为管与接头连接处。其中，成孔中发生上节杆下接头断裂，如果不能对孔内下节杆、稳杆器及钻头进行打捞，将会造成整套钻具的报废，损失最大（如图1）。 本文论述的即为牙轮钻机上节杆下接头孔中断裂的打捞处理方法，发生断裂后应及时将钻机移开，清除孔口岩渣，防止掉物将孔填埋。 （1）所需工具：圆柱销、六角螺母、15钢丝绳30m、细铁丝、手电筒、钎杆实际作业过程中，我们所用圆柱销为YZ-55B型牙轮钻机轨板轴，直径为30mm，长度为150mm，太细强度不够，太粗则穿过钻杆中空处时困难；螺母为M20一个，M14两个。 （2）将圆柱销与六角螺母按图2所示焊接，应请专业焊工进行以保证焊接质量，两个小螺母用于增强中间螺母强度，焊接完毕将钢丝绳从中间螺母穿过对折，对折处用细铁丝捆死。 （3）将钢丝绳及圆柱销续入孔中，利用手电筒及钎杆使圆柱销穿过钻杆中
* API 规范7的尺寸 注：其他规格、型号、尺寸的各种钻杆接头、钻杆管体组合均可按要求提供
公制美制英制螺纹对照表 _N_e A型美制螺纹（UNF）常用规格\`Ss-> $ 外螺纹内螺纹I n BjO2:t -4 9/16"-19牙14.28 13.08 |