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。     

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。     

钻柱失效机理分析

阐明了定向钻井过程中,钻柱由于弯曲交变循环应力而造成的疲劳损伤是可以积累的,钻柱的寿命与疲劳损伤积累有关。对钻柱进行了动载力学分析和疲劳寿命预测,提出了相应的计算模型,可以计算钻柱组合中任意钻柱单元在钻井过程中所受的疲劳损伤,预测使用寿命。对钻柱的合理使用与监控以及预防钻柱失效具有较大的参考价值。     

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。     

一种减缓钻柱疲劳的革新设计方法

疲劳和腐蚀疲劳在钻柱失效中占主要部分,在循环应力作用下,疲劳的复杂性,以及设计者没有考虑许多力学因素的影响,使得钻柱从疲劳到失效的寿命周期不能得到精确的预测.本文描述一种比较设计方法,这种新方法将许多影响疲劳的因素标准化,通常设计者不大了解这些因素,但他们却可以通过定量比较已知材料的疲劳特性来获取信息,这种方法在油田上已经得到成功应用.     

深井钻柱疲劳破坏的机理分析

文中对深井中的钻柱在拉、压、扭转及腐蚀的恶烈环境下，从钻具内部晶粒结构、微裂纹发生和发展的微观过程，进行微观机理分析。建立疲劳门槛条件的数学模型，扩展速率的模型和表达关系。讨论钻柱在腐蚀介质中随介质的变化趋势，从而分析深井钻柱疲劳破坏的内在原因。     

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。      

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。     

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]     

超载疲劳裂纹尖端塑性变形区的研究

根据金属塑性滑移变形在金属表面产生浮凸的机理,探索了一种观察和研究疲劳裂纹尖端塑性变形区的方法。用考虑塑性区应力松驰和裂尖应力状态变化修正后的Westergaad应力函数解法计算所得的塑性区尺寸,与试验结果吻合较好。     

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。     

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     

深水钻井钻柱疲劳寿命研究

深水钻井作业中平台的动力响应将使钻柱承受更多的交变载荷,钻柱疲劳寿命的计算过程更为复杂。应用数值模拟方法,通过Ansys-Workbench中的AQWA模块、瞬态动力学分析模块以及疲劳分析模块,提出了一种研究深水钻井中钻柱疲劳寿命问题的方法。通过实例计算,得到了某海洋环境下平台的运动响应,进而得到钻柱的疲劳极限寿命约102.61 d。计算结果表明,对于水深1 000 m的深水钻井作业,服役时间达到100 d的钻柱必须经过探伤检测,方能确定是否继续使用,且尤其应注意靠近水面部分的钻柱。     

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     

金属材料的机械性能与缺口疲劳裂纹形成寿命

缺口疲劳裂纹形成涉及由弹性、塑性变形、加工硬化、循环塑性损伤积累到微裂纹的形成和扩展的整个过程的综合性作用。本文对缺口疲劳裂纹形成寿命与金属材料常规机械性能间的关系作了初步探讨。     

一例钻柱稳定器断裂原因分析及措施

为防止类似南海西部油气田因稳定器断裂造成的钻井事故再次发生,确保钻井安全和作业时效。以该区块的某探井为例,对2起稳定器断裂事故进行了阐述。基于简支梁模型对钻柱“A-B”危险截面进行了受力分析,同时对试件宏观断口形貌与金相组织进行了观察。分析结果表明:切片金相组织符合原材料热处理工艺要求,螺纹牙底疲劳裂纹是造成稳定器断裂的根本原因。提出了增加稳定器打捞外径、肩部钎焊PDC齿2种方法,优化稳定器结构,改善稳定器承载能力。钻柱“A-B”截面交变应力破坏具有较大的风险,在设计中需要予以充分重视。     

钻柱正弦屈曲对裂纹疲劳寿命的影响

针对钻进过程中由于屈曲段旋转产生的离心力导致的附加弯曲应力对该段的裂纹扩展与管柱寿命产生的影响,计算了屈曲段以ω角速度旋转时所产生的离心力,利用纵横弯曲梁理论求得了在该离心力作用下屈曲段所产生的最大附加弯矩和最大附加弯曲应力,并结合裂纹扩展理论,建立了考虑管柱旋转状态下屈曲对裂纹扩展寿命影响的模型,得出了以ω旋转的临界屈曲段裂纹扩展速率的解析表达式。算例表明,在钻进中由于发生正弦屈曲而产生的附加弯曲应力对该管柱上的裂纹扩展速率及其疲劳寿命有显著影响,在评价裂纹疲劳寿命时,不能忽视屈曲对裂纹寿命的影响。