钻柱疲劳破坏的预防

指出在钻井工程中 ,钻柱在拉压载荷作用下最大弯曲发生的位置 ;介绍钻柱疲劳破坏模型 ,举例说明钻杆不发生疲劳破坏时所允许的最大井眼曲率的计算 ;提出预防钻柱疲劳破坏的主要措施 ,为在定向井和水平井钻进过程中避免或减少发生钻柱复杂情况和井下事故提供了可靠的保证     

深井中钻柱动力学机理研究

为合理设计深井中的钻柱结构，提高钻具寿命，防止井下断钻具事故，讨论了钻柱的纵向振动、横向振动、扭转振动及进动之间的相互耦合关系，并指出了钻柱振动的危害和减少振动的现场措施。介绍了两种研究钻柱振动动力学的方法──有限元法和机械阻抗法。经举例说明深井中大井眼小钻铤的危害性，认为大井眼小钻铤的环空较大，钻铤的刚度较弱，在轴向力作用下易屈曲，激发横向振动，且钻铤的横向变形较大，因振动引起的交变应力也较大；纵向振动易出现动力失稳而诱发横向振动，横向振动又易诱发扭转振动。建议使用大井眼大钻铤设计方案。     

深井钻柱疲劳强度计算与分析

钻柱疲劳失效的机理分析表明,钻柱在振动和进动工况下,受到拉、压、弯、扭等组合交变应力作用,发生疲劳破坏是其失效的主要形式。通过钻柱受力分析,给出钻柱轴向应力、弯曲应力、扭转应力、径向和周向应力,以及附加剪应力的计算公式。根据疲劳强度理论,建立了钻柱在不对称循环应力状态下的疲劳强度条件。结合实际算例分析,找出钻柱危险点处疲劳安全系数随井深、转盘转速和钻压的变化规律,有助于钻井参数的调整。     

分析钻柱疲劳特性的一种新方法

本文提出了一种在给环境条件下确定钻柱（ＤＳ）组件疲劳特性的方法。在过去几年中，收集了一些意大利和西北非已钻柱失效的现场数据。疲劳现象被认为是其主要原因。影响钻柱元抗疲劳性的几个因素是拉伸载荷、小紧扭矩、材料特性、腐蚀环境、研磨磨损等等。但仅凭现行准则，难以确定给定操作条件下钻柱失效的真正原因。全尺寸疲劳试验结果与现场数据的比较研究为分析可能影响钻柱疲劳特性的某些钻井工艺因素提供了一种新方法。     

钻柱疲劳裂纹形成机理研究

在钻井作业过程中,由于承受多种复杂交变载荷的作用,钻柱疲劳裂纹的产生不可避免。一旦钻柱发生疲劳失效,将带来严重后果和巨大的经济损失。针对这个问题,从滑移成核理论、夹杂物开裂、晶界开裂、位错销毁几个方面,对钻柱疲劳裂纹的形成机理进行了分析。钻柱疲劳裂纹的萌生方式是多种萌生方式共同作用的结果,钻柱所处的复杂工作环境对裂纹的形成和扩展起了很大的促进作用。     

减轻钻柱疲劳的创新设计方法

疲劳和腐蚀是大多数钻柱损坏的主要原因。疲劳的复杂性和钻柱设计者不能说明影响疲劳的很多因素使得准确预测钻柱部件的疲劳寿命成为不切实际或不可能的事情。本文的全文描述了一种使影响疲劳的许多因素(这些因素设计者一般不知道)标准化的比较设计方法，允许根据所知道的因素定量地比较现有可供选择的部件的疲劳性能。这种方法在现场使用中证明是有效的。     

深井钻柱的横向振动浅论

全面探讨了钻柱底部横向振动的产生、传播和消失过程。分析表明,横向振动只发生并存在于钻柱底部;底部钻具的屈曲、动力失稳和钻柱与井壁的碰撞是引起横向振动的直接原因;由钻头与地层相互作用引起的振动能,很大部分被螺旋屈曲段钻柱消耗;涡动和碰撞引起的中性点及中性支以上的振动,在向上传播过程中被钻井液阻尼抑制;钻柱轴向力影响振动频率和波的传播;中性点是危险点,但不是能量陷落点。     

钻柱疲劳寿命计算方法

钻柱在井下的受力极度复杂，甚至工作在腐蚀性介质中，通过对钻柱疲劳破坏机理的分析，建立合理的钻柱受力模型，同时编写适合于工程应用的钻柱寿命计算程序，研究影响钻柱疲劳破坏的主要因素，为井下钻柱的使用，尤其是在定向井和水平井钻进过程中避免或减少发生钻柱复杂情况和井下事故，提供了可靠的保证。[编者按]     

钻柱使用寿命的不确定性分析

针对钻井过程中经常发生的钻柱失效问题，从材料疲劳寿命、腐蚀环境、现场使用情况等方面综合阐述了钻柱使用寿命的不确定性，认为现有的计算模型不能；住确预测钻柱的使用寿命，解决问题的出路在于了解钻柱的使用环境，尽量减少钻柱腐蚀和消除钻柱振动。     

深井中带扶正器下部钻柱组合失效的动力学机理研究

带扶正器下部钻柱组合的失效是钻柱失效的一种很重要的类型。现从钻柱动力学的角度研究带扶正器下部钻柱组合失效的力学机理。带扶正器下部钻柱组合失效的主要原因有二：一是下部钻柱的质量不平衡引起横向振动;二是钻柱进动和碰摩。文后提出了防止和减少带扶正器下部钻柱组合失效的建议和措施。     

深井钻柱振动规律的分析及应

钻柱振动是在当前钻井工程中的普遍现象，对钻井的影响很大，钻柱共振是钻柱失效的主要原因。文章研究深井钻柱的振动问题，以深井钻柱为研究对象，分析研究了钻柱的纵向振动、横向振动及扭转振动。首先，建立了深井钻柱各种振动的力学模型，获得了钻柱振动所遵循的物理规律，得到了钻柱的各种共振频率。然后，结合实际对振动规律进行了应用，该研究为减小深井钻具损坏和优化钻具设计提供了理论依据。     

钻柱失效机理及其疲劳寿命预测研究

钻柱工作条件恶劣,尤其在狗腿或弯曲井段时,较大交变弯曲应力常造成钻柱疲劳破坏,计算钻柱疲劳寿命可以为钻柱使用和管理提供依据。因此,在定性分析钻柱失效机理的基础上,对钻柱进行了三轴应力分析,并提出了钻柱疲劳寿命的计算模型,该模型可用于无裂纹钻杆和有裂纹钻杆疲劳寿命预测。算例表明,该方法对钻柱疲劳寿命的估算较为合理,符合工程实际。     

钻柱疲劳寿命预测研究

疲劳破坏是钻柱失效的主要形式,进行钻柱疲劳寿命预测可以为钻柱的使用和管理提供依据。建立了钻柱力学模型,对钻柱的受力进行了分析,尤其分析了交变弯曲应力,并用Forman模型预测了钻柱的疲劳寿命,使计算结果更加准确。还应用形状改变能判据对构件屈服区进行了渐进分析,扩展了线弹性断裂力学的应用范围。理论计算结果和现场统计数据的一致性证明了此模型的实用性。     

安平1井深井钻井液综合配套技术

安平１井系石油天然气总公司一口重点预探井，该井完钻井深５５２０ｍ，完成φ４４４．５大井径部分井深为２８２０ｍ。该井深井段Ｐ１＾１，Ｐ２＾１处多为垮塌地层，综合分析利弊，该井钻井液采用三段制设计：Ｊ２地层采用聚合物钻井液，Ｊｔ，Ｔｈ及Ｔｒ地层采用聚磺钻井液，Ｔｃ－Ｚ地层采用磺化钻井液加防卡润滑剂等，成功地防止上部“红层”及下部易垮塌层，并完成了小井眼取心，文中介绍了实施配套技术的程序和效果。     

侧钻井钻柱疲劳损伤评价方法的研究

通过对侧钻井用钻杆材料的疲劳性能试验 ,得到了钻杆材料P S N曲线 ,在此基础上获得修正的钻杆柱P S N曲线 ,提出了一种描述侧钻井钻柱疲劳损伤的新方法 ,即采用理论简化的办法 ,先获得钻杆材料标准试样的P S N曲线 ,再考虑钻杆的形状、尺寸、表面加工方法、应力状况等影响 ,将钻杆材料的P S N曲线转化为钻杆柱的P S N曲线 ,来进行疲劳强度的评估。将此方法运用于胜利油田井下作业公司侧钻井钻杆柱的优化设计 ,对钻具组合做了必要的修正、完善后 ,使钻杆柱所受疲劳损伤降至最低程度 ,从而延长了钻杆柱的使用寿命     

深井高温对钻柱横向振动固有频率影响研究

钻柱共振是引起深井钻具失效的主要原因。钻柱在深井段处在一个高温的环境下,温度的升高必然使钻柱的固有频率发生变化。为此,分析了井下高温对钻柱横向振动固有频率的影响,推导出井下任意温度时在轴向力作用下钻柱横向振动固有频率的计算公式。通过实际算例,分析了考虑轴向力因素时井下高温对钻柱横向振动固有频率的影响。计算结果表明随着温度的升高,钻柱横向振动的固有频率逐渐降低,其降低的幅度随着轴向压力的增大而增大;轴向压力较大时,温度对钻柱横向振动一阶固有频率的影响远大于对二阶固有频率的影响;轴向压力对钻柱一阶固有频率随温度变化的影响程度远大于轴向拉力的影响程度。     

一种预测钻柱疲劳失效的新方法

基于材料断裂力学理论及裂纹全程扩展模型,结合井下钻柱受力特点,构建了钻柱复合型疲劳裂纹扩展行为预测新模型。该模型可有效描述裂纹扩展的3个阶段,对提高钻柱在井下复杂条件下的疲劳寿命预测精度具有重要指导意义。     

空气钻井钻柱疲劳断裂计算分析

在现场调研空气钻井钻柱断裂现象的基础上,利用目前断裂力学较成熟的理论和试验数据对钻柱疲劳失效进行了分析计算。简述疲劳裂纹的特点及形成,对裂纹扩展速率的影响因素,即,应力变化量、裂纹长度、温度、过载峰进行分析,并对钻杆裂纹不扩展的临界转速及临界钻压进行计算,得出一些防止钻柱过早疲劳失效的参考结论。建议现场技术人员应高度重视钻具的使用和管理,坚持钻具定期探伤,同时尽可能使用优质钻杆和钻铤。     

气体钻井钻柱疲劳失效周期分析

钻柱的频繁失效严重制约着气体钻井的发展。为研究钻柱的疲劳失效周期,以深直井全井钻柱为研究对象,基于疲劳寿命预测的Forman模型,综合考虑深直井钻柱的动力学特性和气体钻井过程中局部热因素对钻柱疲劳寿命的影响,建立了气体钻井钻柱疲劳寿命计算方程。以川西某实钻井为例,利用建立的气体钻井钻柱疲劳寿命计算方程,对气体钻井条件下的钻柱疲劳寿命进行了计算,并与该层段钻井液钻井参数下的钻柱疲劳寿命进行了对比,初步获得了气体钻井与钻井液钻井的钻柱疲劳寿命关系模型。分析结果表明,气体钻井的钻柱疲劳寿命对初始裂纹非常敏感,初始裂纹越大钻柱寿命下降越明显;气体钻井各井段钻柱的疲劳寿命均明显低于钻井液钻井。