钻具失效与预防措施
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以下 几 个 问题 ： （ １ ）钻杆 内加厚过渡 区结构不合 理。失效分析和试验研 究己证
腐蚀 疲劳是设备受交变应力和腐蚀环境双重作用 下所产生 的一 种破坏形式 。由于腐蚀加疲劳会加速裂纹 的形成和扩展 ，它 比其 中 任 一种单 独作用 要严重 得多。 ３ 预防措施探讨 ３ ． １合理设计钻具、降低服役载荷 及应 力 （ １ ） 在选择钻柱外径尺寸时， 应 尽 可 能 选 用 大 直径 钻 具， 这 样 可 增 大钻柱 刚度， 减少 钻杆弯曲。 （ ２ ） 在设计钻具组合时， 应 该 使 相 邻 的 钻 具 外 径尺 寸 变 化 不 大 ， 如选用塔式钻具结构， 相邻钻具外径逐渐变化， 并且在钻杆和底部钻 具组合之 间加上 加重钻 杆等。 （ ３ ）正确选用螺纹规格和型式， 使 内、外 螺纹接头 的弯 曲强度 恰 当配合 。 （ ４ ） 根据钻 具负荷采用 内平钻杆 ，推广内加厚结 构改进 型的新 钻杆 。 （ ５ ） 降低应力集中就是要避免在钻具各部位几何 形状改变过于 突然， 或在这些部位加工应 力分散 结构。 如在螺纹接 头上加工应力减 轻结构， 改进制造工艺使钻杆 内加厚过渡处平滑， 加工钻具时避免尖
２ ） 随着井下温度的升高， 腐蚀速度将加 快， 另外某 些钻井 液处理 荆在高温 下会分 解， 产生Ｈ ｓ 、Ｃ ０ 、Ｏ 等， 加快了对 钻具的腐蚀 。 ３ ） 在井下高温下， 螺纹密封脂 的性 能下 降， 尤其是低温和减磨金 属含量少 的密封 脂， 将导致丝扣和 台阶性 能下 降。 ４） 低温状态下钻具按规定 的上扣扭矩 ， 在 井底 高温环 境下， 金属 膨 胀 造 成 丝扣 根 部应 力 集 中 。 （ ４ ）其它环境因素 。如风沙 ，沙漠钻井 中风沙的影响也不容忽 视 接头丝 扣和密封台阶涂有密封脂极 易粘 附沙粒， 在上 卸扣时产生 磨料磨损， 接 头丝扣的连接和台阶密封将 受到影 响。 １ ． ３ 力 学 因素 石 油钻具在 井下钻进过 程 中不 仅与腐蚀 性介质直接接 触， 同时 还承受拉伸 、弯 曲、挤压等复杂应力 的作用， 其苛 刻的工 作环境 直接 影响井 下钻柱寿 命的长短 １ ． ４ 其 它 因 素
锐刀 痕等 。
实， 内加厚过 渡区结构 不合理 （ Ｍ 太短， Ｒ 太小）是 钻杆在该部 位失
效 的主要原 因。合理结 构的条 件为 ：Ｍ ≥ｌ Ｏ Ｏ ｍ ｍ， Ｒ ≥３ ０ ０ ａ ｒ ｍ 。 （ ２ ）钻杆接 头、钻 铤、转换接头韧性差 。 （ ３ ） 螺纹加工质量 差及加 工精度差。 如螺 纹根 部圆角半径过小，
裂。
３ ． ２使用合理的钻具结构和钻井参 数 采取有效措施， 改善钻具的工作状态。 及 时调整钻 头的型 号和钻 井参数， 要避 免井下钻柱蹩跳钻及 钻具共 振的产 生。 钻压要避免钻杆 受压导致的钻具屈 曲， 发生偏磨等 。合理设计钻具组合， 钻铤 的重量 要足够， 防止 中和 点落在 钻杆上导致 紧挨钻铤的几根钻杆 受压发生 早期疲劳破坏。在钻杆上加减振器和悬浮器， 减轻钻具的纵向震动，
【 关键词 】 钻具 ；失效 ；预防措施
１影 响钻 具失效的主要 因素 引起钻具失 效的原因往 往不是单 一的， 而 是几方面 原因综合作 用 的结 果， 如钻 具的使用 工况和环境 ， 钻具质 量， 使用 者的操作 以及 钻具的机械损伤等 。 １ ． １产品 自身质 量 失效分析表 明， 大部 分失效事故与钻具质量有关 。 比较 突出的有
不符合Ａ Ｐ Ｉ标 准 要求 ， 导致 严 重 的 应 力 集 中 。
（ ４ ）强度指 标不合格 。 （ ５ ）喷焊热 裂及钻 杆摩擦 对焊 （ 修复）工艺不 当。 （ ６ ）钻杆接 头选型不当。 １ ． ２ 环 境 因 素 （ １ ）钻 井液 。钻井液种类 、ｐ Ｈ值、 固相含量 、流 速、温度和 扰动情况等都对 钻具失效有不 同程度 的影响 。 （ ２ ）腐蚀介 质。由于钻井液循环系统不是密封 的，大气 中氧气 会通过泥浆池 、泥浆泵等设备 在钻 井液的循环过程 中混入钻井 液成 为游离氧 ，当泥浆中含有一定量 的溶解氧时，就会对钻具表 面造成 腐蚀 。来源 于地层或 由于泥浆 中一些含硫有机添加剂 高温分解 和泥 浆 中硫酸盐还原 菌的新 陈代谢产生的 也ｓ还会导致钻杆 的氢致 应力 腐蚀断裂 。 （ ３ ）温度对 钻具失效也存在着不 可忽视 的影响。 １ ） 由于环境温度过低， 材料 的冲击力值严重下 降， 易引起 冷脆断
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钻具失效与预防措施
田 帅
【 长城钻探 井下作业公司国际钻修项 目部 ）
【 摘 要】 钻具 失效类别以钻杆 、钻铤 、转换接 头为主， 这主要
钻具 下井 前不进 行无损 探伤， 使用中也很 少探伤 等； 不遵 守钻井操作 规程 （ 包 括钻 具 过 载 、 钻 具 上 扣 不 到 位 、 钻 具选 型及 配 合 不合 理 ） 。 ２ 井 下 环 境 中钻 具 的失 效 机 理 ２ ． １ 电化 学 腐 蚀 当金 属与电解质溶液接触时，由于发生电化 学作用 （ 即产 生原 电 池） 而 引起的腐蚀叫做 电化学腐蚀 。
２ ． ２ 腐 蚀 疲 劳
是 由钻具 的结构组合和钻具本 身的结构特点以及 钻具在 井内工作的 受 力特性 所决定的。钻具失效 类型 以螺纹断裂、刺漏和本体 断裂、 刺 漏为主 ． 这与钻 具的工 况和钻 具先裂后刺 再失 效的失 效机理相稳 合 。钻具 失效的形式 多种 多样 ，概括起 来主要有过量 变形 、钻 具断 裂 、钻具刺 漏、表面损伤 、钻 具螺 纹失效、钻具偏磨等 等，并且这 几种失效形式 常常同时存在相 互交织在一起 。
防止钻具轴向受力中和 点的上下移动 。 使用加重钻杆， 改变下部钻杆 受力状态， 减小因截面突变 产生的较大应力 。 采用稳定器 以防钻具的
弯曲。 ３ ． ３ 科 学 合 理 的使 用 钻 具
（ １ ）钻具组合时要充分考虑钻具整体 的刚度平滑过渡， 避免刚
度突变点， 如 加 重钻 杆 的使 用 。
腐蚀 疲劳是设备受交变应力和腐蚀环境双重作用 下所产生 的一 种破坏形式 。由于腐蚀加疲劳会加速裂纹 的形成和扩展 ，它 比其 中 任 一种单 独作用 要严重 得多。 ３ 预防措施探讨 ３ ． １合理设计钻具、降低服役载荷 及应 力 （ １ ） 在选择钻柱外径尺寸时， 应 尽 可 能 选 用 大 直径 钻 具， 这 样 可 增 大钻柱 刚度， 减少 钻杆弯曲。 （ ２ ） 在设计钻具组合时， 应 该 使 相 邻 的 钻 具 外 径尺 寸 变 化 不 大 ， 如选用塔式钻具结构， 相邻钻具外径逐渐变化， 并且在钻杆和底部钻 具组合之 间加上 加重钻 杆等。 （ ３ ）正确选用螺纹规格和型式， 使 内、外 螺纹接头 的弯 曲强度 恰 当配合 。 （ ４ ） 根据钻 具负荷采用 内平钻杆 ，推广内加厚结 构改进 型的新 钻杆 。 （ ５ ） 降低应力集中就是要避免在钻具各部位几何 形状改变过于 突然， 或在这些部位加工应 力分散 结构。 如在螺纹接 头上加工应力减 轻结构， 改进制造工艺使钻杆 内加厚过渡处平滑， 加工钻具时避免尖
２ ） 随着井下温度的升高， 腐蚀速度将加 快， 另外某 些钻井 液处理 荆在高温 下会分 解， 产生Ｈ ｓ 、Ｃ ０ 、Ｏ 等， 加快了对 钻具的腐蚀 。 ３ ） 在井下高温下， 螺纹密封脂 的性 能下 降， 尤其是低温和减磨金 属含量少 的密封 脂， 将导致丝扣和 台阶性 能下 降。 ４） 低温状态下钻具按规定 的上扣扭矩 ， 在 井底 高温环 境下， 金属 膨 胀 造 成 丝扣 根 部应 力 集 中 。 （ ４ ）其它环境因素 。如风沙 ，沙漠钻井 中风沙的影响也不容忽 视 接头丝 扣和密封台阶涂有密封脂极 易粘 附沙粒， 在上 卸扣时产生 磨料磨损， 接 头丝扣的连接和台阶密封将 受到影 响。 １ ． ３ 力 学 因素 石 油钻具在 井下钻进过 程 中不 仅与腐蚀 性介质直接接 触， 同时 还承受拉伸 、弯 曲、挤压等复杂应力 的作用， 其苛 刻的工 作环境 直接 影响井 下钻柱寿 命的长短 １ ． ４ 其 它 因 素
锐刀 痕等 。
实， 内加厚过 渡区结构 不合理 （ Ｍ 太短， Ｒ 太小）是 钻杆在该部 位失
效 的主要原 因。合理结 构的条 件为 ：Ｍ ≥ｌ Ｏ Ｏ ｍ ｍ， Ｒ ≥３ ０ ０ ａ ｒ ｍ 。 （ ２ ）钻杆接 头、钻 铤、转换接头韧性差 。 （ ３ ） 螺纹加工质量 差及加 工精度差。 如螺 纹根 部圆角半径过小，
裂。
３ ． ２使用合理的钻具结构和钻井参 数 采取有效措施， 改善钻具的工作状态。 及 时调整钻 头的型 号和钻 井参数， 要避 免井下钻柱蹩跳钻及 钻具共 振的产 生。 钻压要避免钻杆 受压导致的钻具屈 曲， 发生偏磨等 。合理设计钻具组合， 钻铤 的重量 要足够， 防止 中和 点落在 钻杆上导致 紧挨钻铤的几根钻杆 受压发生 早期疲劳破坏。在钻杆上加减振器和悬浮器， 减轻钻具的纵向震动，
【 关键词 】 钻具 ；失效 ；预防措施
１影 响钻 具失效的主要 因素 引起钻具失 效的原因往 往不是单 一的， 而 是几方面 原因综合作 用 的结 果， 如钻 具的使用 工况和环境 ， 钻具质 量， 使用 者的操作 以及 钻具的机械损伤等 。 １ ． １产品 自身质 量 失效分析表 明， 大部 分失效事故与钻具质量有关 。 比较 突出的有
不符合Ａ Ｐ Ｉ标 准 要求 ， 导致 严 重 的 应 力 集 中 。
（ ４ ）强度指 标不合格 。 （ ５ ）喷焊热 裂及钻 杆摩擦 对焊 （ 修复）工艺不 当。 （ ６ ）钻杆接 头选型不当。 １ ． ２ 环 境 因 素 （ １ ）钻 井液 。钻井液种类 、ｐ Ｈ值、 固相含量 、流 速、温度和 扰动情况等都对 钻具失效有不 同程度 的影响 。 （ ２ ）腐蚀介 质。由于钻井液循环系统不是密封 的，大气 中氧气 会通过泥浆池 、泥浆泵等设备 在钻 井液的循环过程 中混入钻井 液成 为游离氧 ，当泥浆中含有一定量 的溶解氧时，就会对钻具表 面造成 腐蚀 。来源 于地层或 由于泥浆 中一些含硫有机添加剂 高温分解 和泥 浆 中硫酸盐还原 菌的新 陈代谢产生的 也ｓ还会导致钻杆 的氢致 应力 腐蚀断裂 。 （ ３ ）温度对 钻具失效也存在着不 可忽视 的影响。 １ ） 由于环境温度过低， 材料 的冲击力值严重下 降， 易引起 冷脆断
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钻具失效与预防措施
田 帅
【 长城钻探 井下作业公司国际钻修项 目部 ）
【 摘 要】 钻具 失效类别以钻杆 、钻铤 、转换接 头为主， 这主要
钻具 下井 前不进 行无损 探伤， 使用中也很 少探伤 等； 不遵 守钻井操作 规程 （ 包 括钻 具 过 载 、 钻 具 上 扣 不 到 位 、 钻 具选 型及 配 合 不合 理 ） 。 ２ 井 下 环 境 中钻 具 的失 效 机 理 ２ ． １ 电化 学 腐 蚀 当金 属与电解质溶液接触时，由于发生电化 学作用 （ 即产 生原 电 池） 而 引起的腐蚀叫做 电化学腐蚀 。
２ ． ２ 腐 蚀 疲 劳
是 由钻具 的结构组合和钻具本 身的结构特点以及 钻具在 井内工作的 受 力特性 所决定的。钻具失效 类型 以螺纹断裂、刺漏和本体 断裂、 刺 漏为主 ． 这与钻 具的工 况和钻 具先裂后刺 再失 效的失 效机理相稳 合 。钻具 失效的形式 多种 多样 ，概括起 来主要有过量 变形 、钻 具断 裂 、钻具刺 漏、表面损伤 、钻 具螺 纹失效、钻具偏磨等 等，并且这 几种失效形式 常常同时存在相 互交织在一起 。
防止钻具轴向受力中和 点的上下移动 。 使用加重钻杆， 改变下部钻杆 受力状态， 减小因截面突变 产生的较大应力 。 采用稳定器 以防钻具的
弯曲。 ３ ． ３ 科 学 合 理 的使 用 钻 具
（ １ ）钻具组合时要充分考虑钻具整体 的刚度平滑过渡， 避免刚
度突变点， 如 加 重钻 杆 的使 用 。
