基于初始缺陷的钻柱疲劳寿命预测方法

钻柱初始缺陷是影响钻柱疲劳寿命的关键因素之一。传统的钻柱疲劳预测模型往往忽略初始缺陷的影响，导致预测的结果偏大，影响钻柱的安全性。针对钻柱的初始缺陷，在传统无缺陷钻柱的受力研究基础上，用应力集中系数修正钻柱受到的拉伸应力和弯曲应力，同时根据钻柱裂纹拓展规律建立钻柱的疲劳寿命预测模型，最后利用有限元分析工具分别模拟具有不同深度、半长和位置的初始缺陷的钻杆和无缺陷钻杆的平均应力及最小疲劳寿命，并进行对比。研究结果显示，初始缺陷深度和半长对钻杆的最小疲劳寿命有着重要的影响，初始缺陷离接箍越近，对钻柱的疲劳寿命的影响越大。研究结果为准确预测钻井过程中钻柱疲劳寿命，从而保证安全、高效钻进，具有一定的指导意义。     

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。     

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...     

海上钻具破损现象研究

针对平湖油气田钻井中频繁发生的钻杆刺漏现象 ,组织了多学科、多专业的综合研究。从钻杆刺漏现象的大量试验研究得出结论 :(1 )钻杆刺漏的主要原因是钻井扭矩过大 ,造成钻杆基体薄弱处产生疲劳载荷下的微裂纹 ,钻杆内壁受高压钻井液冲蚀而刺漏 ;(2 )钻杆刺漏的次要原因是井眼中含有少量的H2 S气体 ,此气体伴随高压钻井液冲蚀钻杆内的疲劳微裂 ,从而加剧钻杆的刺漏腐蚀程度 ;(3)应针对平湖油气田地层中的特殊微量有害气体 ,研制有特殊内涂层的钻杆 ,以改善钻杆的抗腐蚀性能     

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。     

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。     

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。     

D级抽油杆表面允许裂纹深度的估算

介绍了国内外七种Ｄ级抽油杆用钢的疲劳门坎值的测定。结合对抽油杆各特征部位半椭圆裂纹应力强度因子Ｋ的有限元计算，用断裂力学方法估算了各特征部位允许存在的裂纹尺寸。结果表明，允许裂纹深度α与使用应力σ之间存在有α＝Ａ／σ的关系。当抽油杆的抗拉强度符合ＡＰＩ规范１１Ｂ规定的σｂ＝７９３～９６５ＭＰａ时，七种材料的门坎值基本相同。当使用应力在疲劳极限附近处为３７２．６ＭＰａ时，抽油杆杆体表面存在有深度为０．１３～０．２７ｍｍ的裂纹，杆头锻方处存在有深度为０．６０～１．０２ｍｍ的裂纹，这些裂纹均不会扩展。     

基于疲劳寿命模型的压力容器疲劳分析

含缺陷压力容器的疲劳分析是石油化工行业的一个重要课题,通过分析影响裂纹扩展寿命的多个随机因素及使用疲劳寿命模型,讨论了裂纹尺寸的计算方法。考虑压力容器所承受载荷、材料断裂韧度及裂纹尺寸等参数,使用一次二阶矩法和Monte Carlo法,得出了在一定可靠度下的疲劳裂纹扩展寿命,计算了一定使用寿命时结构的失效概率,比较了不同初始裂纹尺寸对疲劳寿命的影响。算例表明,此方法可为含裂纹结构的概率损伤容限评估提供一定的理论依据。     

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。     

抽油杆剩余寿命与初始表面裂纹形状关系研究

在简要介绍了能量差率法求解抽油杆表面半椭圆裂纹应力强度因子的基础上,对抽油杆剩余寿命与初始表面裂纹的关系做了进一步的研究。结果表明,抽油杆表面裂纹的初始裂纹面积与抽油杆的剩余寿命是对应的关系,利用试验手段确定抽油杆表面裂纹的初始裂纹面积,就可以确定其寿命。此结论对于工程实际中应用无损探伤技术预测抽油杆剩余寿命有重要价值,可大幅度缩减抽油杆剩余寿命预测的时间及工序。     

井斜对钻具影响理论在轮古13井钻具刺漏原因分析中的应用

轮古 13井在 0～ 5 4 5 0m井段使用一套 12 7S135钻杆钻进 ,在钻进过程中共发生 12 7钻杆加厚过渡带 (公、母接头附近 )刺漏 17根次。经完井电测发现 ,该井在 190 0m处有严重的狗腿现象 ,达 5 72°/30m。井斜对钻具的影响有关理论已经证明 ,如果井斜角大于某一临界值 ,在狗腿处旋转钻杆将会引起严重的疲劳破坏。不会引起疲劳破坏的狗腿最大允许曲率可由公式计算得出。应用该理论中的公式进行计算得出 ,轮古 13井频繁发生刺漏的主要原因就是井斜的影响。     

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。     

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，     

钻杆接头水眼结构及其疲劳强度研究

在每年发生的钻杆失效事故中约 4 0 %是其内螺纹接头直角台肩根部的疲劳开裂。对钻杆接头水眼结构及其疲劳强度的研究发现 ,内螺纹接头水眼结构尺寸明显影响直角台肩根部的应力水平 ,直角台肩根部的壁厚是影响该部位疲劳强度的主要因素。鉴于API标准和我国行业标准均没有规定内螺纹接头的内径尺寸这一状况 ,应用力学计算、有限元分析及全尺寸疲劳试验方法优化设计了钻杆内螺纹接头合理的水眼结构尺寸 ,现场试验和现场调查均表明这种合理结构接头的直角台肩根部不再发生疲劳刺漏 ,其疲劳强度大于钻杆管体。     

材料性能对钻杆腐蚀疲劳寿命影响的试验研究

API SPEC5D标准规定的材料性能指标不能反映钻杆抵抗疲劳及腐蚀疲劳的性能。对4个厂家的S135钢级钻杆的材料进行了腐蚀疲劳寿命试验、拉伸性能试验及成分分析。试验结果表明,虽然4种钻杆的化学成分及材料性能都符合标准要求,且材料的拉伸强度基本相同,但腐蚀疲劳寿命相差很大。腐蚀疲劳断口观察及断裂机理分析表明,腐蚀疲劳裂纹扩展机理是阳极溶解与氢致开裂共存,氢致开裂加快了疲劳裂纹扩展。材料低倍组织酸洗检验、显微组织分析表明,4种钻杆的金属组织特别是低倍组织有明显差别。低倍组织反映了成分偏析程度、夹杂物含量及分布等。成分偏析及夹杂物导致材料的阳极溶解、特别是氢致开裂速度加快,所以是腐蚀疲劳寿命减少的主要原因。油田数据验证,钻杆材料的低倍组织酸洗检验可作为间接评定钻杆材料腐蚀疲劳性能的方法。     

基于可靠性理论的钻柱疲劳寿命预测

钻井过程中极易发生钻柱疲劳失效事故,不仅影响钻进速度,而且大大降低了钻井效益,因此准确预测钻柱的疲劳寿命,对于提高钻柱的安全可靠性、减少钻井事故的发生具有重要意义。根据钻柱疲劳裂纹的扩展与钻柱的应力状态有关,首先对钻柱进行了应力状态分析,并进行了等效应力合成。在应力分析的基础上,结合可靠性理论,确定了影响钻柱疲劳裂纹寿命的随机性参数:钻压、转盘转速以及疲劳裂纹初始长度。结合Form an模型建立了钻柱I、III复合型疲劳裂纹扩展速率的计算模型。算例分析表明,该模型能够计算相应可靠度下钻柱疲劳裂纹的循环寿命,且计算结果与现场钻柱的使用寿命比较接近,能够满足现场钻井工程的精度要求。该模型具有一定的实用性,为钻柱疲劳寿命的准确预测提供了理论依据。     

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石油钻柱在钻进过程中,工作环境恶劣,在井位、地质条件及钻进参数等综合因素的影响下,不仅承受着由交变载荷引起的应力突变,还承受着钻具涡动和振动引起的巨大冲击载荷。钻柱在井下既自转又反转,尤其在斜井或大环歇井中时,偏心反转和工作载荷产生的较大交变弯曲应力常造成钻柱疲劳破坏。为此,文章在用动力学观点初步分析了钻柱失效机理的基础上,应用断裂力学等相关知识,对钻柱进行了三轴应力分析,并提出了考虑钻柱进动与反进动的疲劳寿命计算模型。该模型能反映运动状态对寿命的影响,可用于无裂纹钻杆和有裂纹钻杆疲劳寿命预测,计算结果对钻柱的合理使用及预防钻柱失效有较好的指导意义。     

内涂层质量对钻杆失效影响的试验研究

内涂层技术是一种预防钻杆提前失效和提高钻杆使用寿命的重要措施,随着钻井深度增加、钻井温度压力增高等,时常会发生钻杆内涂层失效剥离和钻杆腐蚀刺漏断裂.通过分析一起钻杆内涂层脱落腐蚀导致的钻杆刺漏案例,探讨了钻杆刺漏失效的原因;并针对川渝地区常用的两种钻杆内涂层,分析了钻杆内涂层表面平整度、漏点、粗糙度、附着力、耐磨性、耐...     

腐蚀引起钻柱刺漏的机理分析及预防措施

详细分析了腐蚀引起钻柱刺漏的机理，得知：造成钻柱刺漏的主要原因是空气中的O2、地层中的硫化氢和二氧化碳、钻井液残液、钻井液中的盐类对钻柱的腐蚀和钻井液对钻柱的冲蚀。针对引起钻柱刺漏的原因，制定了去除钻井液中的O2、监测钻井液腐蚀性并加入相应的添加剂去除CO2和H2S、定期对钻杆进行检测、对存放的钻杆进行防腐处理、使用厚过渡区改进型钻杆等措施。在苏丹某区块现场实践证明，采取这些措施，由腐蚀引起的钻柱刺漏事故大大减少，在该区块的T-1井和D-1井钻进的3个月中，仅发生一次钻柱刺漏事故。