钻杆接头断裂失效原因分析与预防

非开挖导向、定向钻进用钻杆的失效原因及解决措施前言钻杆最可怕的失效形式是钻杆的断裂。

钻杆在导向、定向钻进铺管过程中一旦断裂，将会对工程造成严重影响，不仅是经济上的损失，而且影响工期，失去信誉，后果不堪设想。

因此，作为施工企业，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，要知道非开挖工程对钻杆的特殊要求，生产出高强度、高弹性和高可靠性的钻杆。

笔者在1994年至1998年间曾带队做过多项导向钻进非开挖铺管工程，尽管当时的钻杆质量非常差，但在施工过程中从未遇到断钻杆事故。

后来，笔者从事非开挖工艺和钻具的研究、设计工作，此期间也是我国非开挖铺管技术迅猛发展的时期，时常有施工单位报告钻杆断裂事故，总觉得有些费解。

于是，笔者亲身在施工现场调查了多起事故原因，同时设计了多种结构形式的钻杆进行试验。

通过多年的事故分析和试验研究，总结出一些钻杆失效（主要是断裂）产生的原因：除钻杆自身质量问题外，施工中不当的操作是使钻杆失效的主要原因。

笔者撰写此文旨在避免施工企业重复走弯路，也算作为我国非开挖技术的发展做一点贡献。

一、钻杆主要失效形式及原因分析非开挖导向、定向钻进用钻杆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非开挖钻杆断裂失效的主要原因。

很多钻杆在施工导向孔时发生断裂事故就佐证了这一结论。

目前我国的非开挖施工队伍有很多是经验丰富素质高的专业公司，但更多的是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，让他们来指挥非开挖施工是造成钻杆断裂的人为方面的主要原因。

钻杆钻具失效与预防在钻井过程中，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。

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。

煤矿用钻杆断裂原因及解决措施浅析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。