国外钻杆疲劳寿命预测系统模型及应用

随着工业4.0的发展,石油钻杆疲劳寿命完整性评估和智能化管理的内在需求不断增加。研究了典型的国外石油钻杆疲劳寿命预测系统模型——基于Miner法则的疲劳累积损伤模型和基于疲劳寿命标准化的线弹性断裂力学模型。介绍了2种模型的理论基础、计算公式、计算流程和应用情况,并分析了各自的优势和不足。最后结合各个模型的特点,提出了钻具疲劳寿命智能化评估管理系统的研究方向,这对工业4.0背景下智能钻井及钻具管理的发展具有重要指导意义。     

塔里木油田钻杆刺漏原因分析

对塔里木油田钻杆刺漏进行了大量的现场资料统计分析，总结出其钻杆刺漏位置主要发生在Φ244的套管内钻杆的母接头端的加厚过渡带，提出该位置是研究的重点。对塔里木油田和塔河油田钻杆失效进行了详细地对比分析，得出塔里木油田钻杆刺漏的主要原因：(1)高转速、高泵压以及大环隙比；(2)钻杆加厚过渡带及接头直角台肩根部疲劳裂纹扩展；(3)钻井液具有严重的腐蚀性，裂纹扩展处涂层剥落，发生严重的腐蚀疲劳，最终被高压钻井液冲蚀刺漏。针对这些原因，提出了塔里木油田钻杆刺漏的预防措施和建议。     

渤海石油钢结构的疲劳寿命预测

我国渤海属于冰区，海冰与海上结构物相互作用，将产生冰激振动，冰激振动的动力响应远较波浪为甚，冰激振动引起的结构物疲劳失效，将给渤海石油钢结构带来严重危害，因此，对于渤海石油专用钢结构，进行低温随机冰载作用下的疲劳寿命预测十分必要的，现文提出了疲劳环境，疲劳工况及疲劳工况３个新概念，并结合渤海特点，对它们给出了定量描述，进而提出了随机冰载作用下疲劳等效应力幅的计算公式，给出了预测疲劳寿命的新方法。     

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。     

富阳一井钻杆刺漏分析及预防措施

文章探讨了东海海域富阳一井钻井施工中出现的钻杆刺漏现象 ,并对刺漏钻杆进行解剖研究 ,结合国内外钻杆刺漏的事例 ,指出腐蚀疲劳是钻杆刺漏的根本原因 ,并提出了预防钻杆腐蚀疲劳失效的合理化建议。     

超深井钻机刹车盘热疲劳寿命预测

基于刹车盘热疲劳机理和M-C低周疲劳理论公式,对应变幅、温度幅与材料热疲劳寿命之间的关系做了综合分析。根据有限元计算结果,利用疲劳软件FE-fatigue对刹车盘的热疲劳寿命进行了模拟,得出刹车盘寿命云图、损伤云图及最危险节点的雨流循环直方图。综合研究结果表明,刹车盘的热疲劳损伤主要发生在表面层,温度幅越大,热疲劳损伤越严重;刹车盘表面层最危险点的疲劳寿命约为9395次,随着离表面层距离的增加(即温度幅的减小),材料的疲劳寿命逐渐增大,距表面15mm厚度区域可视为无限寿命。     

平湖油气田钻杆刺漏现象研究

阐述平湖油气田钻井作业中钻具刺漏现象研究过程及其结论。 1998年以来 ,平湖油气田钻井作业中连续出现钻杆刺漏现象。有关部门组织了跨系统、多学科、多专业的科研合作 ,先后有5个学科、2 4个专业、近 2 0所大专院校和科研院所、8个油田的专家参与了研究工作 ,并先后在 5个城市进行了 11项正规的系列试验 ,写出了 13部正式试验报告和调研报告。研究中使用了我国独具知识产权的 3项专利技术。当今现代化大型工程中出现的机具损坏、腐蚀问题 ,常常是综合原因作用的结果 ,需要从相关的各个学科进行认真的研究。在对钻具刺漏现象的大量试验和研究中 ,意外地发现并证实平湖油气田地层内存在少量的H2 S气体 ,这为全面认识平湖油气田地层状况 ,正确确定有关装备的防腐蚀等级 ,以及预测生产装备的使用寿命 ,提供了重要的决策依据。     

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。     

增加钻杆疲劳寿命的钻杆接头新设计

钻井工业中一直存在着钻杆早期失效问题。失效一般发生在钻具公母接头的２ｆｔ范围内。以往的研究表明，大部分失效是由于急陡的内部锥面（１／２￣１１／２ｉｎ长，１２．７￣３８．１ｍｍ）和滑动损伤所致。长锥体加厚端的新设计有助于解决这种疲劳问题。本文介绍一种新的应力释放接头，能显著改善长锥体加厚端钻杆接头的性能，使其疲劳寿命增加约为一倍。     

S135钻杆钢扭转疲劳寿命及断裂特征

针对钻杆在循环应力下的疲劳问题,通过室内试验测定了S135钻杆钢的扭转疲劳寿命,得到了扭转疲劳的Δ-τN曲线,应用统计分析方法得到扭转疲劳寿命公式,并采用扫描电镜(SEM)对疲劳断口进行了观察和分析。结果表明,扭转疲劳裂纹形成于光滑试样表面,且疲劳源的大小随切应力幅值的增加而增加;在疲劳源与疲劳裂纹扩展处的微观形貌特征为典型纯滑移型断裂,在裂纹扩展处涟波状花样区域的大小随切应力幅值的增加而增大。     

钻杆柱疲劳寿命的计算模型研究

钻柱在井下的受力极度复杂,甚至工作在腐蚀的介质中。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,同时编写可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为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。     

钻杆应力-疲劳寿命曲线试验研究

钻杆的疲劳失效是引发钻井井下事故的主要原因,因此有必要对钻杆的应力-疲劳寿命曲线进行试验研究。采用旋转弯曲疲劳试验机,研究了常用的S135和G105钻杆的疲劳性能;采用疲劳寿命对数正态分布模型,得出了任意存活率对应的应力-疲劳寿命曲线;采用直接外推法和2m-1外推法将疲劳曲线延伸到长寿命区域,并将其外推结果与配对升降法试验结果进行了对比。升降法试验得出S135和G105钻杆的疲劳强度(存活率为99%,置信度为95%)分别为550.19 MPa和454.79 MPa;由直接外推存活率99%的曲线得到疲劳寿命为1.0×107时,S135和G105钻杆对应强度分别为510.23 MPa和402.01 MPa;由2m-1外推法外推存活率99%的曲线得到疲劳寿命为1.0×107时,S135和G105钻杆对应强度分别为532.95 MPa和428.98 MPa。试验表明,2种外推方法得到的疲劳强度均低于试验值,2m-1 外推法得到的疲劳强度值更接近升降法试验值,因此推荐使用2m-1外推法对概率-应力-疲劳寿命曲线进行外推来得到完整的疲劳寿命曲线。      

厚壁短管可提高钻杆疲劳寿命

为了防止卡瓦损伤钻杆，在母扣钻杆接头与钻杆加厚端之间插人一根0．9m长的厚壁短管，可提高钻杆的疲劳寿命，减少因卡瓦在钻杆表面造痕引起的应力集中而导致钻杆裂纹和疲劳失效。DrillingContrastor载文指出，厚壁短管的壁厚与加厚端及钻杆接头焊颈厚度一样，卡瓦置于厚壁段，     

Φ127 mm G105钻杆管体刺漏形成原因分析

某井一钻杆在服役的过程中发生了刺漏现象,为了查明此钻杆刺漏形成的原因,对失效钻杆样品进行了宏观分析、材料化学成分分析、力学性能分析和金相显微组织分析;对刺孔微观形貌及周围划痕底部金相微观形貌进行了测定和分析;对刺漏的形成过程进行了有限分析和推理.结果表明:钻杆刺穿属于疲劳失效,疲劳裂纹的形成与钻杆外壁周向划痕有直接的关...     

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。     

定向井S135钢级钻杆刺漏失效机理

对某定向井20根钻杆刺漏情况进行了调研,基于宏观观察、理化特性分析、钻杆内涂层质量评价、钻杆加厚过渡带应力及内流场分析和井眼全角变化率分析,对刺漏钻杆进行了失效机理研究。结果表明,钻杆内涂层局部厚度严重不足降低了钻杆疲劳寿命;钻杆内加厚过渡带消失区域同时存在应力集中和内流场冲击漩涡,是疲劳形核萌生的择优区域;造斜段井眼全角变化率突变严重超标,使钻杆承受较大的拉、弯复合载荷,因此,内外因素综合作用最终导致多根钻杆刺漏失效。最后针对此类钻杆刺漏失效,从钻具质量要求和现场使用角度给出了预防建议。     

油气管道疲劳寿命预测

基于前人对管道疲劳寿命的研究，参考国内外文献，提出了在Paris公式的基础上考虑了管道的运行载荷比，并将其运用到某油气管道的疲劳寿命预测中。计算结果表明，管道的运行载荷比是影响疲劳寿命预测的一个主要原因。同时，该结果可以给管道检测、检修及更换提供依据。     

定向钻硬岩正扩工艺钻杆刺漏原因分析及应对措施

对于某些施工场地狭窄区域,只能采用正扩工艺实施定向钻扩孔作业。由于正扩工艺是正向推着钻具向前扩孔,在硬岩地层施工中钻具和钻杆承受推力大,加之孔洞直径远远大于钻杆直径,造成施工中频繁出现钻具磨损、钻杆断裂等情况。结合工程实例,在简要介绍工程概况的基础上,较为详细论述了采用无损检测等手段,对施工中钻杆出现的刺漏、断裂现象进行分析,以及通过采取调整钻杆规格型号、选用适合动力钻具、选配新型液力推进器等措施,减小了直接作用于钻杆的推力和扭矩,降低了钻杆疲劳的机率,取得良好效果。