石油钻杆接头耐磨带堆焊材料的发展及应用

分析了石油钻杆接头耐磨带的工作原理、性能特点与影响因素,评述了石油钻杆接头耐磨带堆焊材料的发展,介绍了石油钻杆接头耐磨带堆焊材料的应用。材料特性是影响耐磨带性能的核心影响因素。"材料控制性能"理论,在钻杆接头耐磨带技术发展过程中起到积极的推动作用。ARNCO耐磨带的优越性被应用所验证,国产PT100耐磨带的主要技术指标超过碳化钨耐磨带。必须加快步伐开发价格合理、性能优良的新型耐磨带堆焊材料。     

钻杆接头和转换接头材料及热处理工艺的研究

针对国产石油钻杆接头和转换接头质量不高、现场断裂失效事故频繁这一问题,进行了失效分析及国内外接头解剖分析,开展了接头材料及热处理工艺研究,推荐能够确保接头质量的用钢系列及相应的热处理工艺。生产应用表明,经济效益较好。     

一个值得重视的问题——钻杆接头的螺纹标准

<正> 七十年代以来,我国使用的进口钻具,一般都是按API标准生产的。因此,目前油田在用的钻杆也基本上是符合API标准的。但是,在钻井过程中不论公螺纹、母螺纹或公母螺纹同时损坏,均换焊国产接头。这样,就出现了后焊接的国产接头与钻杆上原来接头联接的问题。过去,我们以为国产接头的螺纹符合API标准,相配是不会有什么问题的;加上钻具多在浅井和中深井中使用,也未发现更多问题。1980年以来,深井越来越多,特别是采用     

双台肩钻杆外螺纹接头断裂原因分析

对101.6 mm×9.65 mm S135DSTJ型双台肩钻杆外螺纹接头断裂事故进行了调查研究.对该批用过的钻杆进行了详细的探伤检查,发现许多钻杆外螺纹接头部位存在裂纹.通过对钻杆接头断口和裂纹形貌进行分析,认为钻杆接头为硫化氢应力腐蚀开裂失效.通过对钻杆接头结构尺寸、材料性能和承载能力进行分析计算,认为采用同时增大外螺纹接头内径和材料强度的方法,虽然可以保证接头抗扭强度,减小钻柱水力损失,但却降低了钻杆接头抗应力腐蚀开裂的能力,增大了接头危险截面的应力集中,降低了钻杆外螺纹接头的使用寿命.     

钻杆接头多轴疲劳寿命

在实际钻井过程中,钻杆接头以螺纹连接处的疲劳破坏为主,导致钻井成本显著增加。现有对钻杆接头的研究主要集中于钻杆接头的静力学特性分析,少有涉及钻杆接头的疲劳破坏的研究。基于虚功原理、Von Mises屈服准则及接触非线性理论,考虑螺纹升角的影响,建立了钻杆接头的三维有限元计算模型,分析了钻杆接头的上扣特性及其在复合载荷作用下的力学特性。基于材料S-N曲线,综合考虑尺寸系数、应力集中系数、表面加工系数及表面强化系数的影响,确定了钻杆接头的弯曲疲劳S-N曲线理论模型,通过对比验证建立了满足工程要求的钻杆接头疲劳有限元计算模型。运用多轴疲劳算法,计算了钻杆接头在复合交变载荷下的疲劳寿命,分析了残余应力和表面质量对疲劳寿命的影响。研究结果表明,在上扣扭矩或复合载荷作用下,钻杆接头最大Mises应力均出现在公扣第1有效啮合螺纹牙根处;弯曲井段API钻杆接头的疲劳寿命较小,建议开发适合超深井、水平井、大位移井及大斜度井的专用钻杆接头;残余应力与表面质量对钻杆接头的疲劳寿命影响较大,在钻杆接头螺纹根部引入可控的残余压应力和改善表面质量可以大幅提高其疲劳寿命。     

新型双台肩钻杆接头研究与应用

随着钻井技术的进步,要求钻杆接头可传递更大的扭矩以适应各种复杂的工作环境,因此对其抗扭性能研究变得尤为重要。为此,设计了一种新型双台肩钻杆接头。与一般的双台肩钻杆接头相比,新型钻杆接头增加了外螺纹接头和内螺纹接头圆柱孔部分的长度,使得钻杆接头可以保证钻杆在井下传递更大的扭矩而不发生失效。利用有限元软件建立了API标准接头和新型双台肩钻杆接头的有限元分析模型。由有限元计算结果可知,新型双台肩钻杆接头的抗扭能力明显高于API标准接头,可传递更大的扭矩。油田中应用也表明新型双台肩钻杆接头的性能优于API标准接头。     

气体钻井用钻杆磨损后剩余强度分析

针对气体钻井钻杆偏磨较为严重的问题,基于气体钻井钻杆磨损数据调研,建立了磨损后钻杆有限元模型,对钻杆接头和本体均匀磨损、一侧偏磨和两侧偏磨后剩余强度进行了数值模拟。通过对5FH-72S钻杆磨损后剩余强度计算分析后,得出如下结论:钻杆接头和本体均磨、一侧偏磨和两侧偏磨后应力峰值较大,与之对应的钻杆接头剩余强度降低较快,钻杆本体剩余强度比接头剩余强度降低更严重。建议油田加强钻具管理,制定钻杆磨损后合理使用的标准。该项研究工作对揭示气体钻井钻杆失效机理和科学使用磨损钻杆具有指导意义。     

新型多用途钻杆打磨机

国内目前对钻杆接头飞边打磨和对钻杆接头除锈均采用人工方法，存在打磨质量不稳定、效率低、工人劳动强度大等缺点。开发的多用途钻杆打磨机已应用于打磨石油钻杆接头飞边、钻杆接头除锈工艺，该技术可以大幅度提高打磨生产效率，打磨钻杆飞边质量稳定，钻杆接头表面除锈效果好。该设备的自动化程度高，操作简单，维护方便，可改善工人的劳动环境。     

加重钻杆接头刺漏原因分析

某井在钻井过程中发生1例加重钻杆接头刺漏事故。为了查明该钻杆接头刺漏原因,对该刺漏接头进行了试验分析,包括刺漏处形貌宏观和微观分析,化学成分分析、力学性能试验。分析结果表明,钻杆接头内壁上加工刀痕引起的淬火裂纹是导致接头发生刺漏的主要原因。建议改善加重钻杆接头的机加工精度。     

塔里木探区■127mmS—135钻杆内螺纹接头胀大失效原因及预防

本文对塔里木石油探区发生的■127mmS—135钻杆内螺纹接头胀大损坏事故进行了大量调查研究,并作了详细的失效分析。结果表明,事故原因主要是钻杆接头倒角直径偏小、井下扭矩过大、上扣扭矩不足等所致。根据分析结果.采取了有效的预防措施,基本上解决了钻杆内螺纹接头胀大损坏的问题。     

钻杆接头的技术标准与用钢及热处理工艺

针对钻杆接头生产中的一些问题，讨论了钻杆接头的强度、硬度和韧性指标，材料选择及冶金质量，热处理中的回火脆性、淬火介质等，提出：（1）除对钻杆接头室温韧性提出要求外，还应考虑低温韧性。对内螺纹接头应提出横向韧性要求。建议接头韧性采用APISpec5D中对钻杆管体规定的数值。认为APISpec7中接头强度和硬度要求不对应，建议最低硬度由285HB改为295HB；（2）钻杆接头用钢应兼顾机械性能和可焊性。在保证淬透性的情况下应适当降低碳含量。为保证韧性，建议采用纯净钢；（3）接头用钢热处理对易产生回火脆，通过重新调质及回火后快冷可解决这一问题。为进一步提高接头性能，可采用水溶性淬火介质。     

联邦德国曼内斯曼5inG105钻杆接头失效分析

联邦德国曼内斯曼5inG105钻杆接头,在使用过程中因螺纹表面摩擦发热形成脆性的二次淬火马氏体层。裂纹首先在该层产生。这些钻杆接头因热处理工艺不当而具有回火脆性,以致接头材料抗裂纹扩展能力降低,二次淬火层产生的裂纹乃迅速扩展,最终引致钻杆接头的刺穿。     

适合特深井的双台肩钻杆接头副台肩间隙的确定

为了满足越来越苛刻的钻井工况的要求,全球各大钻具制造厂商不断开发出具有更优越性能的特殊螺纹钻杆接头,普遍增加了副台肩结构形成双台肩钻杆接头。但是面对超深井和特深井复杂工况,现有钻具接头的副台肩间隙是否满足要求至今未被关注。为此,通过建立具有不同副台肩间隙的双台肩钻杆接头三维弹塑性有限元模型,分析了副台肩间隙对接头应力分布特征和抗扭性能的影响,确定了适合特深井的双台肩钻杆接头合理副台肩间隙。研究结果表明:①不同轴向力(对应不同井深)工况条件下,副台肩间隙对双台肩钻杆接头主台肩、副台肩、螺纹牙的承载比例有着很大的影响;②大轴向力条件下主、副台肩的承载相对较小而螺纹牙的承载较大,减小副台肩间隙可有效降低螺纹牙承载比例;③所考察的NC50双台肩钻杆接头,当轴向力小于3 000 kN(井深小于9 000 m),建议副台肩间隙选择0.40 mm;④当轴向力大于3 000 kN(井深大于9 000 m),建议副台肩间隙选择0.20mm。结论认为,根据井深特点使用具有更合理副台肩间隙的双台肩钻杆接头,可以有效地提高接头的使用性能、降低接头失效风险。     

超深井钻具接头极限工作扭矩图版及其应用

在深井、超深井中,钻具接头由于要承受较大的轴向拉力作用,其抗扭性能受到很大的限制;同时,由于井下情况复杂钻柱遇卡现象时有发生,而顶驱设备的出现使得大轴向力解卡作业时旋转钻柱成为可能,此时钻具接头承受很大的轴向载荷和扭矩联合作用,可能处于极为危险的状态,因此快速准确地确定不同轴向拉力条件下钻具接头的抗扭性能是保障作业安全的关键。API标准中虽提供了拉、扭耦合条件下钻具接头极限载荷的确定方法,但由于基于很多假设性条件,所得结果与实际情况间存在较大误差,特别是在深井、超深井等复杂钻井作业中,这种误差更大。基于钻具接头的三维弹塑性有限元分析,分别计算了3种主流规格钻具接头在不同轴向拉伸载荷条件下的极限工作扭矩,通过对计算结果的多项式拟合,得到钻具接头的极限工作扭矩计算公式,并绘制出钻具接头的极限工作扭矩图版,形成实际工况下的钻具接头极限工作扭矩快速确定方法。     

用PC机实现钻杆接头等离子弧喷焊程序控制

介绍了一种简便、可靠性强的实现钻杆接头等离子弧喷焊自动控制的方法。通过对E-40型PC机的性能分析,对钻杆接头喷焊工艺过程及喷焊设备机电性能的分析,提供了实现程控的电路设计、程控梯形图及程序清单。     

双台肩钻杆接头开裂失效分析

分析了某井一批双台肩钻杆接头开裂失效事故。试验分析表明,裂纹主要位于外螺纹台肩面附近的颈部和第1~3牙螺纹根部,具有沿晶、分枝扩展特征。扫描电镜断口形貌和能谱分析结果证实该批钻杆接头属于H2S应力腐蚀开裂,导致接头开裂的主要原因是钻杆接头材料强度和硬度偏高,钻杆接头内径偏大,使失效部位的应力水平增大,且钻杆接头本身承受扭矩过大。分析结果对双台肩接头的研究开发和使用具有很好的参考价值。     

钻具螺纹接头螺纹牙载荷计算方法的探讨

钻具螺纹接头各圈螺纹牙承受的载荷分布是不均匀的，这对螺纹接头的疲劳强度影响很大。用有限元分析方法虽能精确地计算许多条件下螺纹牙的受力状况，但要系统分析各种因素对螺纹牙承受载荷的影响就不太方便。鉴于此，用数学分析方法得到了在预紧扭矩和外加轴向载行作用时钻具螺纹接头的变形协调方程，并求出其近似解，即螺纹各圈间载荷分布函数，据此讨论了影响各圈螺纹牙载荷分布的因素。分析认为，减小内、外螺纹接头截面积倒数之和，或增大螺纹牙啮合时的变形柔度，可使各圈螺纹牙载荷分布趋于均匀。     

MR 6C型钻井隔水管维修改造技术研究

某平台配置的MR 6C型钻井隔水管单根已服役多年,存在主管管体壁厚不足、隔水管单根间连接互换性差等问题,需进行维修升级改造。经检测评估,改造时重新利用了原有旧隔水管主管接头,切割更换了壁厚不足的主管管体。针对大直径异种壁厚的主管接头与主管管体间的组焊,制定了特殊的焊接工艺。以节流压井管线长度确定实际更换的每根主管管体长度,改造了10根老旧MR 6C型钻井隔水管单根。静水压试验表明维修改造后的MR 6C型隔水管单根满足高压密封和互换性等应用要求。     

650型定向井悬挂短节深孔加工工艺优化设计

针对650型定向井悬挂短节的加工难点,研究了特殊的深孔加工工艺。根据定向井悬挂短节的材料及结构特点,采用了新的深孔珩磨工具,用特制胎具及其钻铰刀具加工11+0.07mm的偏心孔(偏心距为49.3+0.05-0.05mm),同时优化了刀具的切削参数。实践证明,对传统的加工工艺改进后,可明显减小刀具的切削力,减小钻削过程中的振动,提高了加工效率及加工质量,进一步实现了定向井工具的国产化。