焦炭塔钻杆断裂失效分析及防范措施

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。

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。

钻杆管体横向开裂失效原因分析与预防摘要：经济和科技不断的发展，使得钻井技术水平不断提升，本文就对发生横向开裂的失效钻杆进行断口形貌的宏观及微观观察、金相分析、物相分析，以及对钻杆尺寸、化学成分及力学性能的综合分析，并结合钻杆的受力状态，指出钻杆的失效原因是钻井液中的氧气对钻杆的内外表面产生严重腐蚀。

并提出了预防措施及建议。

关键词：钻杆；腐蚀；交变载荷；横向开裂；失效分析引言钻杆作为钻柱系统的重要组成部分，是影响钻井安全和钻进效率的关键部件，由于钻杆在使用过程中承受拉压弯扭等复杂交变载荷的作用，同时还受环境介质的影响，钻杆的主要失效有管体刺穿和断裂、接头螺纹黏扣、刺漏和断裂等形式。

一旦发生钻杆失效，尤其是断裂，极易引发严重的钻井事故，造成重大经济损失。

所以针对钻杆失效形式进行原因分析并采取措施避免，具有重要意义。

1实例某钻井公司在吉林省白山市进行地热井施工。

该区域为中朝准台地北缘东段，处于浑江凹陷、褶皱断层带上，为单斜构造。

地层总体走向北东45°，倾向东南，倾角在30～40°。

地热井主要钻遇地层为：0～10m，新生界第四系，岩性为砂层、砾石层黏土层；10～695.5m，中生界侏罗－白垩系，岩性为黄绿色、粉色砂岩，夹泥岩；695.50～1930m，元古界震旦系桥头组、万隆组和八道江组，岩性为灰岩、板状粉砂岩、石英砂岩。

地热井设计井深2500m，施工目的层为1200～2500m的含水层段。

施工使用钻机为石油30。

事故发生时井深1320m，距井底135～140m的一支Φ127mm×9.19mm，G105钢级钻杆，提钻时发现管体有横向裂纹，尚未造成刺漏和折断，钻杆管体材质为26CrMo4s/2钢，钻杆开裂部位距内螺纹接头端面2.5m处。

钻具配置为Φ215.9mm镶齿牙轮钻头+Φ178mm钻铤4支+Φ165mm钻铤8支+Φ127mm钻杆，钻进过程中泵压4.5MPa，钻压2～3t，钻井液pH=7。

３６防止焦炭塔失效的若干措施防止焦炭塔失效的若干措施谭粤’陈柏暖（广东省锅炉压力容器监测所）（华南理工大学工控学院）摘要从操作工艺和设备结构设计、材料选用等角度，介绍国内外专家学者从实践经验中总姑出的为防止焦炭塔鼓凸变形、焊缝开裂失效一些行之有效的措施。

关键词焦炭塔延迟焦化鼓胀开裂１概况延迟焦化工艺是石油炼厂处理重质油的主要手段。

其作用是将重质油（减压渣油）馏分经裂解、聚合。

生成油气、轻质油、中间馏分和焦炭。

重质油先在管式炉中被高流速、高热强度地加热，在短时间内达到焦化反应所需的温度，然后迅速进入焦炭塔。

这种焦化反应不在加热炉中而延迟到焦炭塔中进行．因而称为延迟焦化（Ｔ）ｃｌａｙｅｄｃｏｋｉｎｇ），焦炭塔则是延迟焦化装置中最关键的设备。

延迟焦化工艺在国外已有７０多年历史，我国从上世纪６０年代开始使用。

据报道…，１９９８年初，遍布全球２８个国家的延迟焦化装置达１３３套。

我国目前共有２４套．共４０多座焦炭塔．焦化加工能力仅次于美国，居世界第二位。

焦炭塔的操作分为蒸汽预热、油气预热、倒塔、进油生焦、吹蒸汽、水冷却、排水、除焦等阶段。

工艺条件恶劣，除承受ｏ．３ＭＰａ工作压力外，塔体在每一生产周期（一般为４８ｈ）要经受从４０～５００Ｃ之问的反复冷热冲击（见表１），因而塔体发生鼓胀，局部鼓凸变形，焊缝开裂，全塔倾斜、弯曲等是普遍现象”、“。

据美国石油学会（ＡＰＩ）１９９６年对５４座焦炭塔的凋查结果”ｊ：筒节鼓胀占６ｌ％；塔体环焊缝开裂占９７必（主要发生在下端盖以上第３、４、５环焊缝上）；裙座开裂占７８％。

表１焦炭塔生产周期（４８ｈ）时间分配及温度分布多年来，国内工程技术人员和学者对焦炭塔的故障也进行了很多有益的研究、测试和分析，探讨故障的原因．提出了一些关于焦炭塔变形的理论，包括热应力棘轮效应、蠕变热疲劳，蠕变变形、局部塑性变形等。

但限于国内高温测试手段和技术的不足，有些研究缺乏高温实测数据，仅依据实验摸拟来进行理论计算分析；有的研究分析尚不够深入，浅尝辄止。

煤田勘探中钻杆断裂原因分析与预防措施的探讨【摘要】文章介绍了在遇见溶洞、地层破碎等复杂地层情况下钻杆断裂的危害，分析钻杆断裂的原因，并提出了预防措施。

【关键词】复杂地层；孔内事故；钻杆断裂1 概述在煤田钻探施工过程中，钻杆断裂尤为普遍，因此，分析钻杆断裂发生原因，研究更好的解决措施就有了十分重要的意义。

2 勘探区地层特点巫山勘探区位于渝东偏北部的巫山县官渡镇与湖北省建始县接壤处，地层“从上至下”主要分为中生界的三叠系下统嘉陵江组T1j、大冶组T1d和古生界的二叠系上、中统大隆组P3d、长兴组P3c、吴家坪组P3w、孤峰组P2g、茅口组P2m、栖霞组P2q组成。

区内三叠系嘉陵江组为灰色薄层块状溶角砾岩，其岩溶破碎裂隙发育，泥质灰岩夹白云质灰岩，含燧石，其下大冶组T1d、大隆组P3d、吴家坪组P3w为深灰色页岩、黑色钙质泥岩、砂质泥岩、燧石灰岩夹硅质灰岩、泥灰岩、燧石呈团块状产出，是易垮、塌、掉块、流砂涌漏的主要层段。

3 钻杆断裂的危害ZK212是勘探区内一钻孔，设计孔深815m，使用XY-5型钻机，采用金刚石钻进，开孔孔径φ170mm，终孔孔径φ75mm，钻孔施工的过程中，事故繁多，大大小小共计发生了20次左右，其中有一半的事故是属于钻杆、钻具断裂。

钻杆断裂带来的危害是很大的，其危害主要表现在：（1）浪费人力、物力，贻误工期，增大钻探成本由于该孔事故次数多，处理事故时间长，使得整个孔施工工期长达一年之久，浪费人力、物力，延误工期，增大了钻探成本。

（2）危及人身安全在事故发生和处理过程中，由于起下钻具频繁，常忙中出错，极易导致人身安全事故，事故频发的时候更是如此，操作人员心情过于急躁，操作失误导致提引器碰伤人、管钳忘记取下弹回伤人等一系列的人生安全事故。

（3）造成质量事故钻杆断裂事故，有时一旦处理不当，除了打偏心孔以外，还可能直接导致钻孔报废，造成极其严重的质量事故。

综上所述，由于钻杆断裂事故有如此多危害，分析钻杆断裂发生的原因以及采取预防措施，提高钻杆质量，降低钻孔事故率，保证正常钻进就具有了十分重要的意义。

煤矿用钻杆发生断裂的原因分析及预防措施文章主要从金相组织角度出发，对我司外销产品进行成分化验、力学性能检测、金相分析等检测方法，最终确定带状组织在成品钢管热处理时如果消除不完全，就会导致钢管在不同方向上承受力的程度不同，即力学性能在不同方向上呈现异性，从而降低了钻杆的强度，导致过早的出现断裂。

标签：钻杆；断裂；带状组织1 前言我司供某机电公司的φ42×5mm规格、45钢钻杆用无缝钢管在组装焊接成钻杆后发往煤矿后在使用过程中钢管的中间部位发生断裂。

钢管焊接的单元长度为590mm，钻杆的总长度在150-200米间。

2 断口分析从整个断裂面观察，断口形貌粗糙，整个断面呈现由上部至周围放射性的河流花样，且断面处钢管呈现椭圆形，管材外壁有氧化脱皮现象，属于典型的塑性断裂，且裂纹源应位于钢管的上部。

3 化学成分检测在距断裂面10mm处取样进行化学成份检测，结果为碳：0.45%；硅：0.22%；硫：0.011%；磷：0.009%；锰：0.59%含量均符合GB/T 8162-2008中45钢碳：0.42-0.50%；硅：0.17-0.37%；硫：≤0.015%；磷：≤0.025；锰：0.50-0.80%的标准要求。

4 力学性能检测距断裂面20mm至260mm处，在断裂钢管上截取拉伸试样，结果为屈服强度（Rel）：400MPa、380MPa；抗拉强度（Rm）：640MPa、650MPa；断后伸长率（A）：21%、22%。

均符合GB/T 8162-2008中45钢屈服强度≥335MPa，抗拉强度≥590MPa，断后伸长率≥14%，的标准要求。

5 非金属夹杂物检测在距断裂面10mm处取样进行非金属夹杂物检测，结果为硫化物类夹杂0.5级、氧化铝类夹杂1.5级、硫酸盐类夹杂0.5级、球状氧化物类夹杂2.0级、单颗粒球状类夹杂1.0级。

按GB8162-2008结构用无缝钢管标准要求，无需对钢管材质进行非金属夹杂物的检测，本文进行该项检测的目的是确定非金属夹杂物因素对钢管断裂所带来的影响程度的大小。

断裂失效和预防方法
断裂失效是指材料或零件在使用过程中因受到外力作用而发生断裂现象，导致设备的损坏、事故的发生等。

预防断裂失效应从以下几个方面入手：
1. 材料选择：在设计和制造过程中，应选择高强度、高耐磨、高韧性、高耐腐蚀性、高温等级的材料。

材料的选择应根据实际应用情况、工作环境、载荷等因素综合考虑。

2. 生产工艺控制：在制造过程中，应按照规定的工艺流程和标准进行生产，严格控制每个工序和环节的质量，确保制品的一致性和稳定性。

3. 设计规范：设计中应遵循相关的国家和行业标准，注重材料的使用、产品结构的合理性、加工精度的要求等方面的规范。

4. 检测和监测：在使用过程中，应定期对设备进行检测和监测，及时发现隐患并采取正确的修复措施，防止设备因断裂等失效导致的安全事故。

5. 维修保养：正确进行设备维修保养，按照规范对设备进行维护、保养和更换损坏的零件，防止设备因长期使用而出现损坏和失效的情况。