旋挖钻机钻杆失效形式分析及制造工艺

钻具常见失效形式钻井是钻孔采取地层样品的方法，也是勘探石油、天然气最常用的手段。

在钻井过程中，钻具是至关重要的组成部分，其承担着钻孔、转动、传递钻压等功能。

但是钻具在实际使用过程中，受到摩擦、振动、腐蚀等多种因素的影响，使得其出现各种失效形式。

下面我将详细介绍钻具常见失效形式。

一、弯曲失效弯曲失效是指钻具管柱的弯曲度超出正常设计范围，严重时会导致钻杆破裂。

导致弯曲失效的原因可能是以下几方面：1、地质条件：地下岩体变化、地层压力、地下水位等。

2、工况因素：如转速、下荷、井深、钻头型式、推进速度等。

3、管柱的质量：如供应商的加工技术、材料的质量等。

为避免弯曲失效，可以在钻具选择上合理匹配井的地质条件，控制钻井参数的调整，保证管柱的质量等。

二、断裂失效断裂失效是指钻具在钻井过程中发生的破裂现象。

断裂失效原因主要是钻杆的材料强度和切向和轴向载荷。

在挖掘过程中，管柱承受大量的重量和摩擦力，而断裂失效主要由以下因素导致：1、钻杆设计:如果钻杆材料不足以承受挖掘压力，钻杆可能会断裂。

2、钻杆的运转状态:如果钻杆被曲折，扭曲或振动，则管柱可能会断裂。

3、环境影响:如果钻井环境温度变化剧烈，钻杆可能会收缩或扩张，然后从而导致断裂失效。

为避免断裂失效，需要选择适当的钻头和井深，定期更换老化的钻杆，使用高质量的钻具，确保钻杆金属的断裂强度和高强度的金属性质能够抵抗外部的载荷。

三、疲劳失效疲劳失效是指由于钻井过程中的啮合、转动、振动等作用，使得钻具的材料受到多次反复的载荷作用而导致的失效。

疲劳失效通常是由以下原因引起的：1、超负荷：如果管柱承受超出其载荷极限的应力，随着时间的推移，它们将在高载荷情况下疲劳。

2、变形：如果管柱在钻井过程中出现变形，如扭曲、振动等，其疲劳极限会降低。

3、环境因素：诸如温度、酸碱性等环境因素可能导致钻具的材料受到损害。

为了避免疲劳失效，以下是几个重要的措施：1、选择尽可能高的钻杆金属强度。

2、控制切削转速，减少外部载荷情况下的功率。

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面：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量和规范操作两方面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（即抗弯性能）。

有时还含有微量的B、V等元素以提高材料的淬透性。

常用的杆体材料有：36Mn2V、35CrMo、42MnMo7、35CrMnSi、45MnMoB等。

用于杆体的无缝钢管的壁厚均匀度和轧制缺陷也是影响钻杆质量的重要因素。

如轧制的钢管壁厚均匀情况严重，当钻杆较大的扭力作用时，容易在壁厚较薄处纵向裂开。

有的钢管有重皮、气孔等缺陷，钻杆易从此处产生应力集中断裂或刺漏。

钻杆接头受力最为复杂，接头材料须有很高综合机械性能。

钻杆接头多采用35CrMo或42CrMo.30CrMnSiA棒料制造，但经过锻造的接头材料能大大提高其综合机械性能。

（2）加工工艺选择：目前国内钻杆从加工工艺分主要有整体锻造钻杆（简称整体钻杆）、镦粗＋摩擦焊钻杆（简称镦焊钻杆）和单纯摩擦焊钻杆（简称摩擦焊钻杆）。

钻具常见失效形式钻具是岩石钻探工作中必不可少的工具，它们在矿山、建筑、石油和天然气钻井等领域都有广泛应用。

然而，由于各种因素影响，钻具往往会出现各种失效形式，影响钻探单位的工作进度和成本。

下面是钻具常见的失效形式以及相应的解决方案。

1. 磨损和疲劳钻具在长时间使用和高强度工作后会出现磨损和疲劳现象，这会导致钻头的速度和效率下降，同时也会对钻工的安全性产生威胁。

钻具的磨损和疲劳是常见的失效形式，解决方案是经常对钻具进行检查和保养，及时更换磨损的部分，以提高钻具的使用寿命。

2. 断裂和破裂断裂和破裂是钻具失效的严重形式。

这通常是由于钻头在进入岩石或土壤时遇到了太大的阻力或被夹住了，导致钻具发生严重变形或直接折断。

解决方案是合理选择钻具和使用合适的钻探技术，合理控制钻井速度和力度，充分准备工作，防止出现异常情况。

3. 堵塞和卡住当钻头进入非常松散或黏性物质时，就容易出现堵塞和卡住的问题。

堵塞和卡住不仅会导致钻具失效，还会对岩石钻探工作产生危险。

解决方案是使用合适的钻具和钻探技术，尤其对于黏性物质，应该采取特殊措施，如喷洒泡沫或水混合物等。

4. 腐蚀和氧化在某些特殊的环境中，如海洋或酸性土壤中，钻具会经受到腐蚀和氧化。

这会导致钻具的表面变脆，出现裂纹和破损。

解决方案是选择抗腐蚀和抗氧化的钻具材料，对钻具进行定期检查和保养，避免在腐蚀条件下使用钻具。

总的来说，钻具的常见失效形式有很多，但是如果采取正确的措施，可以很好地防止钻具失效。

因此，岩石钻探工程中，对于钻具的选择、使用和维护都需要严谨对待，以确保钻工的安全和工作效率的提高。

收稿日期:2005-03-17;改回日期:2005-09-20　作者简介:翁炜(1977-),男(汉族),河北新城人,北京探矿工程研究所工程师,中国地质大学(北京)地质工程硕士在读,钻探机械专业,从事大口径岩土工程钻掘机具及工艺的研发工作,北京市海淀区学院路29号,(010)82321875,weng wei@bjiee ;黄玉文(1968-),男(汉族),江苏人,北京探矿工程研究所大口径钻掘机具研发中心生产部主任、工程师,探矿工程专业,从事大口径岩土工程钻掘机具及工艺的研发及生产工作,(010)69306602。

旋挖钻机钻杆失效形式分析及制造工艺翁　炜,黄玉文,胡继良,史新慧(北京探矿工程研究所,北京100083)摘　要:对旋挖钻机钻杆失效形式进行了简要分析,针对性地介绍了旋挖钻机摩阻式钻杆的方案设计和制造工艺,以及生产过程中的注意事项。

关键词:旋挖钻杆;抗扭强度;焊接;热处理中图分类号:P634.4+2 文献标识码:B 文章编号:1672-7428(2005)10-0038-02Ana lysis on Rot ary D r ill Rod Fa ilure and Produc i n g Technology /WON G W ei,HUAN G Yu 2w en,HU J i 2liang,SH I X in 2hui (Beijin I nstitute of Exp l orati on Engineering,Beijing 100080,China )Abstract:The r otary drill r od failure is analyzed .The alternative design and manufacture techniques of fricti on drilling p i pes of r otary drills was intr oduced .The attenti ons should be paid during manufacture were menti oned .Key words:r otary drill r od;t orsi on strength;weld;heat treat m ent 旋挖钻杆是旋挖钻机上重要的配套钻具,由于恶劣的工作环境和复杂的受力情况,旋挖钻杆易出现破坏现象,其主要破坏形式为疲劳断裂与扭转变形,极少数情况下可能发生钻杆失稳造成的弯曲变形。

钻杆：钻杆断裂的常见原因在钻井过程中，钻杆是连接钻头和钻机的重要部件。

钻杆的质量和牢固程度直接关系到钻井进度和效率。

然而，钻杆断裂是钻井作业中常见的问题，不仅会导致钻井中断，还可能造成意外事故。

本文将会介绍钻杆断裂的常见原因，以帮助读者更好地理解及预防此类问题的发生。

1. 材料问题钻杆通常由不锈钢、铁合金等优质材料所制成。

如果钻杆的材质不符合标准或者材料质量出现问题，那么钻杆就很容易出现裂纹或者断裂。

此外，由于钻杆通常处于悬挂状态，在运输、搬运和落地的过程中，如果受到撞击或者挤压等机械损伤，也会加速钻杆的疲劳破裂。

2. 钻杆疲劳通过连续地旋转和振动，钻杆会发生疲劳和龟裂现象。

尤其是在长时间的高强度钻井作业中，疲劳程度会更严重。

当钻杆内部的应力超过其承受能力时，就会出现疲劳破裂，导致钻杆断裂。

3. 断节区域设计问题钻井作业中，需要用到焊接的钻杆，若连接设计不合理或者焊接质量差，断节区域很容易出现龟裂、缺陷等缺陷，在钻井时候断裂导致难以控制、拆除。

断节区域的设计不当，比如装配了不适合的连接器，也会导致钻杆断裂。

4. 钻井参数设置问题在钻井过程中，如果钻杆没有合理的被加压或拉扯，可能会导致钻杆的轻微变形与内部的应力分布不均，从而导致疲劳破裂。

同时，如果钻井参数设置不合理，比如设置的钻头转速过快或钻压过大等等，也会导致钻杆断裂。

5. 操作方法问题如果钻杆的把持、转动或装卸不当，都会导致钻杆的损坏。

特别是在斜井或水平井中，如果钻杆撞到井筒边缘或者在管柱中折断，都属于操作不当导致的破裂。

6. 比例失衡在钻井施工中，如果使用过大的钻头，或者井深和钻头尺寸比例过于失衡，也会导致钻井作业中钻杆断裂。

比例失衡出现的最常见情况就是井深过大而使用过小的钻头，这会导致钻杆的剧烈振荡，从而导致钻杆的疲劳破裂。

总的来看，钻杆断裂往往是由材料问题、疲劳、断节区域设计问题、钻井参数设置问题、操作方法问题和比例失衡等多种因素共同作用导致的。

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究钻杆的使用和管理，尽量避免失效事故。

1失效类型分析在钻进过程中的受力繁杂，不仅仅是拉力，还有各种应力，因此失效的种类十分复杂，环境也很苛刻，井下的介质之中还包含有一些具有腐蚀性质的液体，而钻具运转起来后会促使钻杆与井壁之间产生高频率的撞击以及摩擦。

钻杆失效的类型种类繁多，主要可以概括为三大类型：断裂失效或者是刺穿失效；表面受损以及过量变形。

断裂或者是刺穿失效在失效事故比较常见，疲劳以及腐蚀等因素是罪魁祸首。

而腐蚀也极易造成表面受损，机器磨损也是表面受损。

当所受到的应力超过钻杆能承受的极限的是，则会引起过量变形[1]。

1.1断裂失效①过载断裂：如“鳖钻时的钻柱体断裂”，“钻杆遇卡提升时焊缝热影响区的断裂”。

②氢脆断裂：金属中的氢含量过多时，材料在拉力和应力的作用下很容易产生氢脆。

很多人不知道，由硫化氢和盐酸引起的钻柱应力腐蚀断裂也是由于氢的作用造成的。

③应力腐蚀断裂：如“钻杆接触某些腐蚀介质时的应力腐蚀开裂”，“钻柱在含硫油气井中工作时的硫化物应力腐蚀断裂”。

④低应力脆断：此类失效在钻杆失效中占了很大的比例，是最危险的断裂方式之一。

钻杆的失效分析石油钻杆是用于传递动力、输送泥浆的主要工具。

钻杆常处于交变应力并且在与井壁摩擦碰撞的恶劣条件下工作，往往成为整个钻井设备与工具中最薄弱的环节，由裂纹发展致穿孔或完全断裂时有发生。

钻柱裂纹成核、扩展、刺漏等事故及断裂的控制是确保钻杆在钻井中运行安全的重要措施。

为此，本文在前人研究的基础上，结合有限元分析，以实验数据为依据，对钻杆材质进行了宏观和微观分析，具体内容如下： (1)在典型钻杆断口分析方面：研究了钻杆断裂断口的形貌，根据其形貌特征得出了钻杆断裂机制，并为下一步的力学分析和微观分析做前期工作。

(2)在钻杆疲劳和断裂分析方面：主要对钻杆上带有的缺陷进行有限元模拟，得到带裂纹的钻杆的应力集中系数，算出了钻杆的疲劳寿命，对钻杆各部分的裂纹敏感性进行比较，得出了钻杆裂纹出现的危险区域，并根据断裂力学理论和有限元分析获得了微裂纹处的应力强度因子。

(3)在钻杆微观分析方面：首先对钻杆进行金相分析比较，找出钻杆性能差异的根本原因，然后用扫描电镜对钻杆进行微观分析，对裂纹和刺孔进行研究，并进行局部化学成分测量，接着研究了钻杆加厚过渡区内表面喷丸处理工艺对钻杆性能的影响，同时对钻杆进行了显微硬度的测量。

本文的创新点： (1)提出了钻杆失效的过程和概念模型，即内表面缺陷-解理断裂-裂纹疲劳扩展-过载断裂，为解决钻杆失效分析中存在的困惑(各项基本检测参数基本合格，刺穿和断裂仍有发生)提出了分析方法和手段。

提出了加厚过渡带断裂和刺穿的原因之一是墩粗加工时，终止变形温度过低，这一认识为工厂墩粗过程的质量控制提供了依据。

(2)将断裂力学的方法与常规的σ-N疲劳试验相结合，为钻杆疲劳分析提供了方法，即以断裂理论为基础计算出裂纹尖端应力分布，并由此算出相应的应力集中系数。

用应力集中系数法与σ-N曲线相结合，计算带裂纹钻杆的疲劳寿命。

(3)探索了钻杆失效的微观分析方法，用大量的实测找出钻杆的内部微观缺陷。

这对钻杆使用方和制造方都有重要价值。

钻具常见失效形式
钻具是油田开发中必不可少的工具，它直接影响到油田的开发效率和成本。

在使用过
程中，钻具也会面临各种失效形式，这些失效形式对钻井作业造成了不小的影响。

本文将
对钻具常见的失效形式进行分析和总结，以便钻井作业人员更好地了解钻具的性能和使用
要求，从而提高钻井作业的效率和安全。

一、磨损失效
磨损是钻具常见的失效形式之一，主要是由于钻具长时间的使用和磨削作业导致的表
面磨损。

磨损失效会导致钻具的尺寸减小、表面粗糙度增加和加工精度下降，进而降低了
钻具的使用寿命和性能。

磨损失效的主要原因包括材料的选择不当、工艺不合理和使用条
件恶劣等因素。

在钻井作业中，钻具的磨损失效会导致井下作业的停滞和生产效率的下降，因此必须采取相应的措施来延缓钻具的磨损速度，比如采用高强度的材料和表面涂层技术，以提高钻具的抗磨损能力。

七、其它失效形式
除了上述几种常见的失效形式之外，钻具还可能出现其它形式的失效，比如过磨、裂缝、松动等。

这些失效形式都会严重影响钻具的使用效率和安全性，因此在钻具的设计、
制造和使用过程中，必须充分考虑并严格控制这些失效形式的产生，以提高钻井作业的效
率和安全。

钻具常见的失效形式包括磨损、断裂、腐蚀、塑性变形、疲劳、磨损、腐蚀和疲劳共
同作用以及其它形式的失效。

这些失效形式对钻具的使用效率和安全性都会产生不同程度
的影响，因此在钻井作业中，必须采取相应的措施来降低这些失效形式的产生，以提高钻
具的使用寿命和性能。

希望本文能够对广大钻井作业人员有所帮助，从而更好地应对钻具
的失效问题，提高钻井作业的效率和安全。

钻具常见失效形式钻具是石油钻井中的重要工具，用于在地表进行钻井作业，具有耐磨、耐高温和高强度等特点。

在实际工作中，由于工况复杂和长时间使用等原因，钻具常常会发生各种失效形式。

本文将介绍钻具常见的失效形式并进行详细分析。

钻头失效是钻具中最常见的失效形式之一。

钻头在实际作业中受到了很大的冲击和摩擦力，容易出现磨损和断裂等问题。

磨损主要表现为切削齿和锥度的磨损，主要原因是岩石的硬度大，钻头在切削过程中容易受到磨损。

断裂主要是由于钻头的材质质量差、工况复杂以及过度磨损等原因导致的，严重影响钻具的使用寿命和效率。

钢丝绳断裂也是钻具常见的失效形式之一。

钻井时，钢丝绳要经受较大的拉力，并且长时间使用容易出现断裂问题。

钢丝绳的断裂主要由于疲劳、腐蚀和磨损等原因引起。

疲劳断裂是由于钢丝绳长时间在弯曲和张力交替作用下，造成金属疲劳破坏。

腐蚀则是由于钢丝绳长时间暴露在潮湿、高温和酸碱等腐蚀介质中导致的。

磨损则主要是由于钢丝绳在滑轮等部位摩擦而造成的。

管柱失效也是钻具常见的失效形式之一。

管柱是负责将钻头送到井底并同时进行钻进作业的重要部件，容易因各种原因导致失效。

管柱的失效形式主要有塑性变形、捻度过大和疲劳断裂等。

塑性变形是由于管柱产生的塑性应变超过其材料的塑性极限而造成的。

捻度过大是指管柱在进行旋转运动时，由于扭力太大而导致破损。

疲劳断裂是由于管柱在工作中长时间受到往复应力作用而出现疲劳破坏。

钻柱失效也是钻具常见的失效形式之一。

钻柱是全部钻具的主体部分，承受着很大的拉压力和扭矩。

钻柱的失效形式主要有腐蚀磨损、金属疲劳断裂和材料缺陷等。

腐蚀磨损是由于钻柱长时间暴露在潮湿、高温和酸碱等腐蚀介质中而导致的。

金属疲劳断裂是由于钻柱长时间在往复载荷下产生的疲劳破坏。

材料缺陷则是由于钻柱材料质量不好或制造工艺不合格导致的。

钻具常见的失效形式包括钻头失效、钢丝绳断裂、管柱失效和钻柱失效等。

这些失效形式都与工况复杂、材料质量和使用寿命等因素有关。

钻具常见失效形式钻具是石油钻井中的重要工具，常见的失效形式对钻井作业的安全和效率都有重大影响。

钻具失效主要包括钻头损失、钻杆变形、接头损坏、尾管磨损和螺纹磨损等多种形式。

本文将就钻具常见的失效形式进行详细介绍，以便石油钻井工作人员能够及时发现和解决问题，确保钻井作业的顺利进行。

一、钻头损失钻头是钻井中最关键的部件之一，其失效会对钻井施工产生重大影响。

钻头损失的主要形式包括钻头磨损和断裂两种。

钻头磨损是因为长时间在高温高压下工作，受到岩石磨损作用而导致的，而钻头断裂则是因为材料本身强度不够或者操作不当造成的。

钻头损失会导致以下问题：一是增加钻井成本，因为需要更换新的钻头；二是延长钻井时间，因为需停机更换钻头；三是增加钻井风险，因为断裂钻头可能造成其他钻具失效或井下事故。

对钻头损失的预防和处理至关重要。

二、钻杆变形钻杆是将旋转动力传递给钻头的关键部件，其稳定性对于钻井作业的安全和效率都至关重要。

在实际作业中，钻杆容易受到扭曲和冲击而发生变形，主要表现为弯曲和挤压两种形式。

钻杆变形会引起以下问题：一是降低钻井作业效率，因为变形后的钻杆难以传递旋转动力，严重影响钻进速度；二是增加井下事故风险，因为变形后的钻杆在旋转时可能造成其他钻具失效或井下故障。

对钻杆变形的监测和处理尤为重要。

三、接头损坏钻杆和钻头之间的接头是承受最大载荷的部件之一，所以其健康状况对于整个钻具工作的稳定性和安全性至关重要。

在实际作业中，接头容易发生断裂、磨损和疲劳等形式的损坏。

接头损坏主要影响主要表现在以下方面：一是增加钻具维护成本，因为需要更换新的接头；二是降低钻具的工作稳定性，因为损坏的接头会导致钻具整体的不稳定；三是增加井下事故风险，因为损坏的接头在工作时可能导致其他钻具失效或井下故障。

对接头的健康状况进行监测和维护就显得尤为重要。

四、尾管磨损尾管是钻井中必不可少的部件之一，它主要用来稳定钻杆和传递旋转动力。

在实际作业中，尾管容易受到岩石磨损的作用而发生磨损，主要表现为管壁厚度的减少和表面粗糙度的增加。

钻具常见失效形式钻具是石油钻采工程中非常重要的工具，它承担着将钻头送入地下并钻取地下矿藏的任务。

由于工作环境的恶劣和长期的使用，钻具在工作过程中常常会出现各种失效形式。

本文将就钻具常见的失效形式进行详细介绍，以便工程师和操作人员更好的了解钻具的性能和使用情况。

一、磨损失效磨损是钻具常见的失效形式之一，它是由于钻头在岩石中长时间的旋转和钻取导致的表面磨损。

磨损失效会导致钻头的工作效率降低，增加了钻井成本。

磨损失效主要有以下几种形式：1. 表面磨损：钻头表面出现磨损，主要是由于岩石对钻头的作用力过大，导致钻头表面材料的脱落和磨损。

2. 刀具磨损：钻头的刀具部位磨损严重，主要是由于刀具材料的硬度不足或者岩石的硬度过高。

3. 尾部磨损：钻头尾部的磨损会导致钻具的稳定性降低，影响钻孔的质量。

对于磨损失效，可以通过使用更耐磨的材料或者加强刀具的冷却和润滑来减少磨损的发生。

二、疲劳失效疲劳失效是由于钻具在长期恶劣条件下的重复受力和振动导致的损坏，主要表现在以下几个方面：1. 弯曲疲劳：钻杆在弯曲和扭转的工作环境下，容易发生弯曲疲劳，导致钻杆断裂。

对于疲劳失效，可以通过提高钻具的材料强度和韧性，减少振动和冲击，以及增加钻具的润滑和冷却来减少疲劳失效的发生。

三、腐蚀失效1. 酸性腐蚀：在酸性地层中钻井时，钻具容易受到酸性岩石的侵蚀，导致钻具表面产生腐蚀，甚至引起钻具的断裂。

对于腐蚀失效，可以通过选择耐腐蚀的钻具材料，采用合适的腐蚀防护措施，如涂覆防腐蚀涂层等来减少腐蚀失效的发生。

四、塑性变形失效1. 变形弯曲：在高温和高压条件下，钻具容易发生变形和弯曲，导致钻具无法正常工作。

钻具在工作过程中会受到各种因素的影响，从而导致各种失效形式的发生。

针对这些失效形式，需要根据具体情况采取相应的预防和修复措施，以保证钻具的正常工作和长期使用。

希望本文的介绍对大家有所帮助，谢谢！。

旋挖桩主要施工质量问题原因分析及防治措施一、概述旋挖桩施工具有高效、节能、低噪音、无污染、适应地层较广泛等优点，施工性化、经济性、工期短、功效高、技术先进的等优势已得到体现,但其施工工艺质量控制标准和施工工艺技术标准现还无国家工法标准，施工过程控制须加强施工组织、加快其它工序的衔接等。

控制不好时也会遇到问题.旋挖钻孔灌注桩较常见的主要施工质量问题有：塌孔、卡钻、埋钻、孔斜、漏浆、掉钻头、掉钻头底板、不进尺、扩孔缩孔、孔底沉渣过多、堵管、断桩、钢筋笼上浮等。

（一）塌孔原因分析：泥浆选择不当，泥浆比重不稳定、相对密度不够；护筒直径偏小、长度不够；由于旋挖钻机的圆柱形钻头在提出泥浆液面时会使钻头下局部空间产生“真空”，同时由于钻头提升时泥浆对护筒下部与孔眼相交部位孔壁的冲刷作用,很容易造成护筒底孔壁坍塌；水头压力小或出现承压水；钻头钻速过快或空转时间太长都易引起钻孔下部坍塌；成孔后待灌时间和灌注时间过长，补浆不及时。

预防措施：根据土层不同选配与之相适应的泥浆，严格控制护筒加工材料、质量、尺寸等；要把护筒下牢与孔位同心，如地下水位变化大,采取升高护筒的办法，增大水头；松散地层钻进时，适当控制钻进速度，提钻速度要均匀；补浆要及时，要尽快灌注,灌注时间不超过3.5h。

事故处理:应立即暂停钻进,查明塌孔原因及大概位置，当溻孔不严重时，可增大泥浆粘度、比重及孔内水头高度，同时慢转轻压试钻一段时间;如遇砂层可在泥浆中掺适量水泥改善泥浆性能；如果塌孔继续加重,应停钻用粘土回填，2~4周后再重新钻孔。

（二）掉钻头、钻头底板脱落原因及预防措施：引起埋钻的原因主要有以下几种原因：挖钻钻进时进尺太长或孔壁坍塌，造成钻头和钻杆埋入孔中；孔口塌陷或机械操作失误使孔口的钻头掉入；提钻时受阻或施工中钢丝绳拉断，造成钻头和钻杆埋入孔中；工作扭矩过大,造成钻杆断裂，连接销或提引器损坏造成的掉钻.预防措施：控制钻进进尺长度，钻进过程中根据地层情况调整泥浆特性,确保孔壁稳定;将钻头等杂物远离孔口放置,护筒顶口周边夯实,封闭地表水；提钻时加强监视卷扬压力表,钻进时确保垂直度，提钻时发现压力突变时,及时调整方向；经常检查钢丝绳状况，勤更换；班组施工过程中对连接销、钻杆和提引器等设备勤做检查保养。

钻具常见失效形式1. 磨损失效钻具工作在极端的条件下，接触到各种岩石、油层和地层物质，磨损是不可避免的。

当钻头、钻杆、鉤股等受到磨损，其工作性能将随之降低，直至失效。

磨损失效不仅与钻具的使用寿命有关，也与磨损的程度和类型有关。

磨损会导致钻具的稳定性下降，也会削弱其抵抗疲劳和损伤的能力。

为了减轻磨损，可以采用增加牢固性、涂抹保护剂、提高钻头硬度等方法。

2. 疲劳失效钻具在长时间的工作中，容易因承受动载荷或震动、应力等因素而产生微小的裂纹和损伤，这些损伤将会逐渐积累，最终导致疲劳失效。

疲劳失效常见于钻铤，其工作强度较大，受到动载荷和振动的影响较大，容易出现裂纹和损伤。

疲劳失效对钻具的损害往往是无法预测和避免的，因此在钻探作业中，定期检查、维修和加强钻具是非常必要的。

3. 腐蚀失效钻具常常与含有酸、盐等腐蚀性物质的地层和井液接触，其中钢铁材料很容易受到侵蚀，导致钻具失效。

腐蚀造成的失效往往是渐进的，逐渐减小钻具的承载能力和稳定性。

为了延长钻具的使用寿命和减少腐蚀失效，可以采用提高钢铁材料的抗腐蚀性能、换用更加抗腐蚀的材料等方式。

4. 爆炸失效在钻探作业中，常常需要使用火药等炸药或高压水流等工具进行疏通或爆侧作业，这些操作可能会造成钻具的爆炸失效。

爆炸失效就是钻具因承受超过其强度极限的压力而爆炸破裂。

钻井作业中，需要特别注意安全事项，严格控制炸药和高压水流等工具的使用，同时加强钻具的防爆性能。

5. 套管失效钻井过程中，要先在钻孔中钻立管、套管和生产管，以确保钻孔的完整性和安全性，套管的失效对于钻井的安全和生产产量产生影响。

套管失效主要包括有机械失效、腐蚀失效、冲击失效等方面的因素。

钻孔中套管应选用高强度、高韧性的管材，并正确安装，定期进行检查和维修，防止套管失效。

旋挖钻机钻杆失效研究的开题报告一、研究背景：近年来，随着城市基础设施建设的快速发展，旋挖钻机在基础设施施工中起到了至关重要的作用，如桥梁基础、沉管隧道、地铁车站等工程中都需要使用旋挖钻机进行地基钻孔。

然而，在实际施工中，旋挖钻机钻杆的故障率较高，特别是钻杆的失效问题，不仅影响施工进度，还会造成严重的安全事故。

因此，对旋挖钻机钻杆失效进行深入研究，对于提高施工质量和保障工人安全具有重要意义。

二、研究目的和意义：本研究旨在探讨旋挖钻机钻杆失效的原因和机理，并针对性地提出相应的预防措施，有效地降低钻杆失效的风险，提高施工效率，减少安全事故的发生。

三、研究内容和方法：3.1 研究内容该研究将重点从以下几个方面对旋挖钻机钻杆的失效进行深入探讨：旋挖钻杆的结构和材料特性；工程环境对钻杆的影响；钻杆的失效类型和机理；钻杆失效的预防措施和控制方法。

3.2 研究方法本研究将采用以下方法对旋挖钻机钻杆失效进行研究：3.2.1 文献资料法：对国内外有关旋挖钻机钻杆失效的文献和资料进行搜集、整理和分析，了解其研究现状和进展。

3.2.2 现场调查法：到施工现场进行实地调查和采集数据，了解钻杆在不同环境下的使用情况和失效情况。

3.2.3 试验分析法：通过钢材力学性能试验、金相组织分析、拉伸试验等方式，对旋挖钻杆的材料特性进行分析。

3.2.4 数学模型法：根据实验数据和文献资料，建立旋挖钻杆失效的数学模型，分析其失效机理和规律，并提出相应的预防措施。

四、研究预期成果：通过对旋挖钻机钻杆失效进行深入研究，本研究将达到以下预期成果：4.1 系统性地分析旋挖钻机钻杆失效的机理和规律，有效地预测钻杆的失效风险。

4.2 制定相应的预防措施和控制方法，降低钻杆失效的概率，提高施工效率，减少安全事故的发生。

4.3 科学合理地选用旋挖钻杆的材料和结构，为旋挖钻机的稳定运行提供技术支持和理论依据。

五、研究进度安排：本研究预计在10个月内完成，具体工作计划如下：第1-2个月：文献调研、资料搜集和整理。

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面：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量和规范操作两方面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（即抗弯性能）。

有时还含有微量的B、V等元素以提高材料的淬透性。

常用的杆体材料有：36Mn2V、35CrMo、42MnMo7、35CrMnSi、45MnMoB等。

用于杆体的无缝钢管的壁厚均匀度和轧制缺陷也是影响钻杆质量的重要因素。

如轧制的钢管壁厚均匀情况严重，当钻杆较大的扭力作用时，容易在壁厚较薄处纵向裂开。

有的钢管有重皮、气孔等缺陷，钻杆易从此处产生应力集中断裂或刺漏。

钻杆接头受力最为复杂，接头材料须有很高综合机械性能。

钻杆接头多采用35CrMo或42CrMo.30CrMnSiA棒料制造，但经过锻造的接头材料能大大提高其综合机械性能。

（2）加工工艺选择：目前国内钻杆从加工工艺分主要有整体锻造钻杆（简称整体钻杆）、镦粗＋摩擦焊钻杆（简称镦焊钻杆）和单纯摩擦焊钻杆（简称摩擦焊钻杆）。

钻杆螺纹失效分析及改进措施分析发布时间：2023-03-22T05:48:11.895Z 来源：《工程管理前沿》2023年第1月1期作者：刘洪涛[导读] 简单介绍了钻杆的受力状态及其接头螺纹断裂失效的主要类型、表现形式，基于有限单元分析方法分析了螺纹强度水平，创建了钻杆接头模型，解读造成螺纹失效的常见因素，探讨有效改进钻杆设施结构的技术方法。

刘洪涛中石化胜利石油工程有限公司管具技术服务中心山东东营 257100摘要：简单介绍了钻杆的受力状态及其接头螺纹断裂失效的主要类型、表现形式，基于有限单元分析方法分析了螺纹强度水平，创建了钻杆接头模型，解读造成螺纹失效的常见因素，探讨有效改进钻杆设施结构的技术方法。

结合实践情况，规范应用以上改进措施后显著增加了钻杆的使用周期，降低局部断裂事件发生的风险，帮助使用单位节省成本，提升项目施工质量，进而创造出更多的经济收益。

关键词：钻杆接头；螺纹失效；有限元分析；结构改造引言能源资源是经济建设与发展的物质基础，近些年社会各个行业运营发展中对能源的需求量不断增加，能源的开采力度也日益增大，国家相关部门对该项活动的执行情况给予高度重视。

天井钻机历经数十年的发展后，自身已经成为一种技术十分成熟的设备类型，多各类复杂地质环境表现出较强的适应能力，能一次成型建造出各类型天、斜井，但和发达国家同类设备相比较国内转机设备的技术发展水平还是体现出一定滞后性，主要是因为产品设计理念及手段落后，并且钻机自身可靠性还有很大提升空间[1]。

1.1受力状态现场钻进施工时，基于螺纹联接形式使钻杆成为细长的管柱，钻杆自身的受力变形主要由如下两部分构成[2]：其一是已经钻出的钻孔样态使钻杆局部出现弯曲变形；二是钻杆现场钻进期间出现了组合变形问题，造成钻头处生成较大的钻，钻杆变形直接影响着钻压大小，这属于几何非线性动力范围内的问题；另外在多种荷载的作用下，钻孔对杆的变形程度产生了较大的约束力，和孔壁在某一深度部位、孔壁圆周方向上相互触及，可以将其归结成接触非线性动力学问题。