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。     

国产和进口钻杆接头的解剖分析

本文对国产的和从西德、法国和巴西进口的钻杆接头作了解剖分析。国产接头由于钢材淬透性不足,存在强度低、韧性差、硬度不均和显微组织不良等问题。这是导致接头早期失效的重要原因。本文在综述以上各点的基础上,对国产钻杆接头的用钢提出了具体建议。     

钻杆接头抗扭强度及材料韧性指标研究——系列专题之八

近年来由于深井、定向井等逐年增多,钻杆内螺纹接头纵裂破坏成为常发事故。钻杆接头的各种纵向开裂属于低应力脆性断裂。当接头横向材料韧性不足时,任何表面损伤及缺陷如摩擦热裂纹等,都可作为裂纹源向纵深扩展。应用失效评估图技术估算表明,横向材料V型缺口夏比试样室温冲击功大于100J时,将显著减少钻杆内螺纹接头纵裂破坏,失效案例统计数据验证了这一结果。     

钻杆内螺纹接头纵向开裂机理及材料性能指标研究

近年来由于深井、定向井等逐渐增多，油气井钻井中钻杆内螺纹接头纵向开裂失效成为常发事故。大量失效分析发现钻杆内螺纹接头纵向开裂的裂纹源是外表面及螺纹表面的摩擦热裂纹、钳牙咬痕等各种损伤，这些裂纹以脆性断裂或应力腐蚀机理扩展。虽然裂纹源很难避免，但如果能够阻止裂纹的扩展，也能够防止钻杆内螺纹接头纵向开裂失效。应用钻杆失效评估技术研究表明，横向材料冲击功大于80 J将避免钻杆内螺纹接头纵向脆性开裂失效。对钻杆接头材料进行SSC试验，发现如果将材料硬度限制在HB310以内，将明显减少钻杆内螺纹接头纵向应力腐蚀开裂失效。失效案例统计数据验证了这些结果。建议有关标准规定钻杆内螺纹接头的横向材料冲击功，如可行同时限制材料的硬度，选用高性能钻具，以此提高钻具使用寿命，确保钻井速度。     

钻杆中频瞬时液相扩散焊机的研制

在石油钻杆瞬时液相扩散焊接技术取得成果的基础上,研制了钻杆中频瞬时液相扩散焊机。该焊机由机械装置(包括夹具装置、顶进装置和基座)、液压系统、中频电源加热系统、控制系统和冷却保护系统组成。工艺试验结果表明,采用钻杆中频瞬时液相扩散焊机制造的钻杆焊接接头变形小、成形美观、接头强度和韧性达到母材水平。     

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。     

钻杆接头的失效分析及预防措施

综述了石油钻杆接头失效的十一种主要形式。针对每种失效形式,综合分析了钻杆接头失效的主要原因,并从接头的材料、结构、制造工艺、使用以及运输管理等方面提出了预防失效的措施。     

偏心钻杆接头的设计

介绍一种适应于钻斜井和定向井的偏心钻杆接头，它可在钻柱旋转过程中产生凸轮效应，同时，对偏心钻杆接头的安装方式提出了初步建议。     

钻杆NC50内螺纹接头裂纹原因分析

为推广应用斜坡吊卡台肩钻杆，对某井钻杆内螺纹接头直角吊卡台肩部位断裂和裂纹事故进行了详细调查研究，并对一根内螺纹接头钻杆进行了失效分析。失效分析内容主要包括裂纹宏观分析和微观分析，钻杆接头材料化学成分、力学性能和金相组织试验分析，钻杆在钻井过程中受力条件分析等。通过失效分析，认为钻杆接头为早期疲劳失效，钻杆内螺纹接头直角吊卡台肩部位产生早期疲劳断裂和裂纹的原因是该部位结构尺寸不合理，应力集中严重。在钻井过程中钻柱会承受交变的拉伸、扭转、弯曲、震动等疲劳载荷，很容易在应力集中严重的内螺纹接头直角吊卡台肩部位产生疲劳断裂和裂纹。要从根本上防止钻杆接头断裂，建议采用斜坡吊卡台肩钻杆。     

剧热产生的裂纹：摩擦热造成扩边井钻杆的破坏

在北海一口扩边井平台的钻井过程中，专门清洁井眼的5in钻杆接头发生了破坏。该接头用在井底钻具组合（BHA）之上的加重钻杆上。它的破坏致使23250ft深处包括昂贵的旋转导向工具在内的井底钻具组合落井。钻柱钻过井径缩小段时发生破坏，于是顶驱停止工作，进行了断断续续的循环。最大拉力达到50000Ib力。尽管临近断裂处钢材硬度异常高，但对回收的钻杆的外观进行观察，表明韧性遭到破坏。 研究证实，局部摩擦受热可使钻杆温度升高到1441°F以上，尽管管柱在张力或扭力下没有受到过高的栽荷作用，但仍然在高温处出现了韧性破坏。断裂后，泥浆流冷却了变得坚硬的高温钻杆，10kg的载荷硬度（HV10）达到572维氏硬度。 “热裂纹”（即，摩擦受热的钻杆在井下表面变硬）是文献中已经证实的现象。文中报道的事例表明摩擦生热造成的严重后果，对于顶部驱动钻井作业的管理有着重要影响。     

Φ149.3 mm钻杆高强度接头数值分析

大位移井、深水井和超深井钻井中Φ149.3 mm钻杆旋转台肩接头不能满足API标准高抗扭矩的要求，限制了Φ149.3 mm钻杆性能的发挥。为了充分发挥Φ149.3 mm钻杆的性能，基于有限单元法理论，根据钻杆接头轴对称的特点，将三维问题简化为二维问题，设计了一种新型Φ149.3 mm钻杆双台肩接头，使用ANSYS软件模拟近似分析接头螺纹在各种情况下的强度，再与Φ139.7 mm接头对比，验证其高抗扭矩的性能。通过ANSYS模拟计算，证明了Φ149.3 mm钻杆双台肩接头的高抗扭性能，能够满足现场的应用。     

钻杆接头断裂失效原因分析与预防

钻杆接头断裂形貌、原材料化学成分、金相组织、力学性能和断口处EDS微观能谱分析表明,热处理调质工艺参数不合理使材料组织没有完全转变为回火索氏体组织,导致钻杆接头的强度偏低,在较大的扭矩和钻压下钻杆接头发生塑性断裂。提出了预防钻杆接头断裂的措施。     

短齿牙形锥螺纹钻杆接头的密封性能

本文阐述了短齿牙形锥螺纹钻杆接头密封性能为何优于标准的,带台肩的锥螺纹钻杆接头密封性能的原因。在深井中的钻杆接头,若公接头采用短齿牙形,母接头采用全齿牙形,其密封性能将满足高压工况的要求。     

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。     

钻杆接头耐磨带焊接材料的选择及应用

综述了钻杆接头耐磨带焊接材料的选用原则及工程应用。结果表明,钻杆接头耐磨带焊接材料的选用可以采用“性能匹配”原则,即在保证耐磨带具有一定高硬度（比如不低于HRC55）条件下,尽量减小套管的被动磨损,同时允许钻杆接头耐磨带适度磨损。钻杆接头耐磨带焊接材料的种类较多,采用的工艺方法各具特色;国外知名品牌焊接材料性能优良,钻杆接头耐磨带焊接材料的国产化工作已经取得阶段性成果。国产化焊接材料生产的钻杆接头耐磨带已在各类钻井工程中成功应用,其各项性能指标已经达到国外知名品牌水平,发挥了良好的经济和社会效益。     

钻杆生产技术的发展与展望

介绍了钻杆生产技术的发展及现状, 指出目前国内外钻杆的生产均采用摩擦焊接方法,钻杆的失效形式主要是疲劳断裂、腐蚀疲劳和超载, 失效部位主要是钻杆管体加厚过渡区、钻杆接头螺纹和焊缝区。据此详细阐述了摩擦焊钻杆管体和接头的生产工艺与技术要求, 以及焊接工艺流程和技术要求, 指明通过严格控制管体坯料和接头坯料的冶金工艺, 改善钻杆管体加厚过渡带形状等可有效提高钻杆的使用寿命。最后就钻杆的发展方向提出了建议。     

接头热处理力学性能可靠性分析

通过对石油转换接头和钻杆接头力学性能的可靠性分析，提出在接头的生产热处理中，除依据钢的化学成分外，还应控制钢的实际淬透性，并给出稳定和提高接头力学性能可靠性的控制措施。     

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。     

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PT100耐磨带的敷焊工艺与应用

在深井、超深井、丛式井、大斜度井、水平井的钻井过程中,套管经常被磨穿,造成严重损失,因此对钻杆接头耐磨带提出了更高要求。针对钻杆接头耐磨带现状,开发出新型钻杆接头耐磨带材料PT100及其敷焊工艺。新型钻杆接头PT100耐磨带在钻井应用中表明,(1)与钢质钻杆接头相比,套管磨损减少86％;(2)与碳化钨耐磨带的接头相比,套管磨损降低76％;(3)在大斜度井中,由于摩擦系数减小,大大降低了钻具旋转阻力,扭矩增大30％,节省材料消耗10％;(4)在裸眼钻井环境下,更大程度地保护钻杆接头,减小磨损。