钻杆旋转台肩螺纹连接结构粘结失效影响因素分析

旋转台肩螺纹连接结构粘结失效是钻杆主要的失效形式之一,发生位置包括内外螺纹连接部位及其旋转台肩。分析认为：粘结失效的本质是旋转台肩螺纹连接结构局部位置接触应力过大,使得金属材料局部屈服和流动,这种金属流动的放大过程导致了粘结事故的发生。粘结失效事故发生是非常复杂的,与钻杆材料、螺纹参数,涂镀层、螺纹脂、上卸扣操作等多方面因素相关,这些因素在不同的组合条件下发挥着不同的作用,且都会对螺纹结构的粘结失效造成一定的影响。为了减少钻杆旋转台肩螺纹结构粘结失效事故的发生,建议严格规范钻杆旋转台肩螺纹连接结构的检验和使用。     

φ127mm S135钻杆内螺纹接头胀扣失效分析

对某油井发生的127mm S135钻杆内螺纹接头胀扣失效事故及其原因进行了调查分析,并且对避免同类事故的发生提出了建议。认为在钻杆接头的材质符合行业标准要求的前提下,导致钻杆内螺纹接头胀扣失效的原因是外螺纹接头密封台肩面倒角直径过小,井下钻柱扭矩过大;内螺纹接头密封台肩面承受的接触压力超过材料屈服强度,导致内螺纹接头密封台肩面下陷变形,外螺纹接头密封台肩面在大扭矩的作用下进入内螺纹接头镗孔段,致使内螺纹接头发生胀扣失效。     

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。     

适合特深井的双台肩钻杆接头副台肩间隙的确定

为了满足越来越苛刻的钻井工况的要求,全球各大钻具制造厂商不断开发出具有更优越性能的特殊螺纹钻杆接头,普遍增加了副台肩结构形成双台肩钻杆接头。但是面对超深井和特深井复杂工况,现有钻具接头的副台肩间隙是否满足要求至今未被关注。为此,通过建立具有不同副台肩间隙的双台肩钻杆接头三维弹塑性有限元模型,分析了副台肩间隙对接头应力分布特征和抗扭性能的影响,确定了适合特深井的双台肩钻杆接头合理副台肩间隙。研究结果表明:①不同轴向力(对应不同井深)工况条件下,副台肩间隙对双台肩钻杆接头主台肩、副台肩、螺纹牙的承载比例有着很大的影响;②大轴向力条件下主、副台肩的承载相对较小而螺纹牙的承载较大,减小副台肩间隙可有效降低螺纹牙承载比例;③所考察的NC50双台肩钻杆接头,当轴向力小于3 000 kN(井深小于9 000 m),建议副台肩间隙选择0.40 mm;④当轴向力大于3 000 kN(井深大于9 000 m),建议副台肩间隙选择0.20mm。结论认为,根据井深特点使用具有更合理副台肩间隙的双台肩钻杆接头,可以有效地提高接头的使用性能、降低接头失效风险。     

双台肩钻杆接头开裂失效分析

分析了某井一批双台肩钻杆接头开裂失效事故。试验分析表明,裂纹主要位于外螺纹台肩面附近的颈部和第1~3牙螺纹根部,具有沿晶、分枝扩展特征。扫描电镜断口形貌和能谱分析结果证实该批钻杆接头属于H2S应力腐蚀开裂,导致接头开裂的主要原因是钻杆接头材料强度和硬度偏高,钻杆接头内径偏大,使失效部位的应力水平增大,且钻杆接头本身承受扭矩过大。分析结果对双台肩接头的研究开发和使用具有很好的参考价值。     

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。     

川渝东部地区钻具失效原因分析及预防措施探讨

通过对川渝东部地区钻具失效的统计分析,总结钻具失效的原因和影响因素,提出加强对钻具本身质量的控制、优化钻具螺纹结构设计、推广应用双台肩螺纹钻杆并加大钻铤双台肩螺纹的研究;合理选择钻压、转速等钻井参数,与地层、井眼轨迹等相匹配;在增、降斜及扭方位时,控制好井眼轨迹,优化钻井工艺措施,避免井眼轨迹突变;合理选择排量,抓好钻井液固控工作;优化钻具和井筒结构的匹配;定期对钻具的探伤检测和抓好钻具库内管理等等避免钻具失效的相应预防措施,对川渝东部地区科学使用钻具具有指导意义。     

基于密封性能要求的超深井钻柱极限提升力的确定

为了评估大轴向载荷作用下的钻杆接头密封性能,保证钻杆接头的使用性能,采用三维有限元方法建立了双台肩钻杆接头高精度有限元模型,研究了钻杆接头的密封机理,并分析了其在上扣扭矩和轴向拉力作用下的力学特性。研究结果表明,双台肩钻杆接头的密封以主台肩、副台肩为主,只有当上扣扭矩使主、副台肩上产生一个合理的接触压力后,才能保证接头的密封性能;轴向拉力的作用将降低主、副台肩上的接触压力,从而影响接头的密封性能;当轴向拉力超过2 500 kN时,主、副台肩将失去密封性能,从而增加接头发生应力腐蚀的风险。该研究结果对超深井钻杆接头使用性能的提高和钻柱极限提升力的确定具有一定的参考价值。     

钻杆台肩修磨机的设计与应用

为了保证旧钻杆密封面的正确加工,研制了一种新型钻杆台肩修磨机。该修磨机主要由磨削箱体、工作台和底座组成。在加工过程中,浮动体与钻杆螺纹旋合为一体,可在内框架中随着钻杆的转动轻微摆动,保证砂轮磨削端面与钻杆螺纹轴线相垂直;还可通过更换不同型号的工装来适应不同型号的钻杆,满足了同一台机床加工不同型号钻杆的要求。采用该修磨机修磨后的钻杆台肩完全达到了设计要求,密封性能良好,可批量生产。     

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。     

钻杆流场诱导腐蚀模拟

钴杆是钻柱系统的重要组成部分,在工作中除要承受多种载荷外,还要受到钻井液等流体的诱导腐蚀,是钻柱系统的薄弱环节,现场实际工作中钻杆失效事故更是频繁发生.而钻杆失效高发区域便为加厚过渡带,传统上的钻杆失效数值模拟分析采用的主要方法是建立钻杆加厚过渡带的力学模型,从该区域受到载荷的情况下分析其等效应力的分布和应力集中系数的...     

双台肩钻杆外螺纹接头断裂原因分析

对101.6 mm×9.65 mm S135DSTJ型双台肩钻杆外螺纹接头断裂事故进行了调查研究.对该批用过的钻杆进行了详细的探伤检查,发现许多钻杆外螺纹接头部位存在裂纹.通过对钻杆接头断口和裂纹形貌进行分析,认为钻杆接头为硫化氢应力腐蚀开裂失效.通过对钻杆接头结构尺寸、材料性能和承载能力进行分析计算,认为采用同时增大外螺纹接头内径和材料强度的方法,虽然可以保证接头抗扭强度,减小钻柱水力损失,但却降低了钻杆接头抗应力腐蚀开裂的能力,增大了接头危险截面的应力集中,降低了钻杆外螺纹接头的使用寿命.     

新型钛合金和铝合金钻杆结构安全性分析

为满足特殊工艺井的钻井要求,开发了新型钛合金钻杆和铝合金钻杆。由于钻杆在钻进中易出现断裂和刺穿等失效事故,为确保新型钻杆在钻进过程中的结构安全性,对新型钛合金和铝合金钻杆分别进行了有限元分析。计算分析表明:钛合金钻杆的工作安全性较高,可用于深井、大位移井、水平井、大斜度井钻井施工;铝合金钻杆结构安全性较低,可通过增加壁厚来提高其结构安全性。     

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。     

钻杆加厚部位缺陷分析及检测设备研究

钻杆加厚部位刺漏失效给钻井工程造成严重损失,主要原因是钻杆加厚部位结构设计不合理,或存在尖角、突起,使加厚过渡区形成涡流,导致钻杆刺穿。介绍了钻杆加厚部位缺陷检测仪的测量原理及结构,为防止缺陷钻杆下井提供技术支持。     

G105钻杆的拉伸和扭转失效研究

钻杆是石油天然气勘探开发过程中的重要结构件,其服役环境恶劣,易发生失效。基于弹塑性力学中的形变理论建立了纯扭矩作用下钻杆抗扭强度计算的力学模型,根据该模型可以计算钻杆在弹塑性阶段的扭矩。同时,用G105实物钻杆分别进行了轴向载荷下的抗拉测试和纯扭矩下的抗扭测试,抗拉实验得到了钻杆的屈服强度和抗拉强度及断裂时的轴向载荷,抗扭实验得到了钻杆的弹性和塑性极限扭矩。抗扭实验结果和模型的计算结果一致。研究结果为钻柱疲劳、断裂失效机理的进一步研究提供了理论依据,为钻柱强度设计提供了新思路。     

塔里木油田钻杆技术的探索与实践

塔里木油田钻井条件苛刻,钻杆失效事故频繁发生。针对塔里木油田钻杆使用的实际难题,在现有钻杆标准基础上开展了多项钻杆技术研究,探索出适应于塔里木油田的钻杆订货技术条件,并研制出适应于塔里木油田苛刻工况钻井要求的非标钻杆。为避免钻杆事故的发生,提高了钻杆分级检测标准,制定了严格的现场探伤周期规定,加强了入井钻杆质量的控制。这些措施对于塔里木油田降低钻杆失效率,延长钻杆使用寿命具有重要意义,对于其它油田也具有借鉴意义。     

新型特殊结构钻杆在塔河油田超深井的应用

井底水力能量是影响超深井钻井速度的主要因素之一,通过对超深井水力能量进行分析,采用Ф177.8 mm小接头外径和Ф101.6 mm大水眼的Ф139.7 mm双台肩钻杆,能有效降低循环压耗,增加钻井排量,提高超深井的机械钻速。6 000 m井深使用Ф139.7 mm双台肩大水眼钻杆,在相同排量下循环压耗比普通Ф139.7 mm和Ф127 mm API钻杆分别降低3.47 MPa和10.91 MPa;相同压降下排量比普通Ф139.7 mm和Ф127 mm API钻杆分别提高4.5 L/s和10 L/s。子母接头钻杆配合气动卡盘使用,实现了超深井单吊卡起下钻,有效减少了钻杆本体的损伤,可节约起下钻时间。现场试验表明,新型特殊结构钻杆可有效提高超深井钻井速度。