大直径天井钻机钻杆螺纹失效分析及改进措施
超深井钻井钻具失效分析
整个失效分tfilfi 的几个 收集失效件的背景数据。
isafim 失效件的外规检查。
包牯： r~ 失效件的变形情况， 失效件外表的加工缺L ....... ... .............. 斷裂部位所在的位置，是否在扯上一斥一 规察外表有无氧化、瞬宦、撼咬、暦损、观察相曲件的情况。
__________ ________ 1) K 口分折：断口记录了Bi 裂林料壬裂酒卫卫泌JL_f4对斷口形靛的不仅可以 得到有关部件使用条件利失效特自的资料 斷裂澹、裂纹扩最方向和斷裂顺序，确定咼TTE$ 钻甘的服役条件及主要失效类塑---------- 1 2) 幷柱的工作狀査 _________ | 在fAWiif?中，估甘是在起下务和正常起下钻时，站甘处于受述状 态；aaiif?中，貝狀态比拟貝杂，处干 在转盘saw,钻柱好做一根细长的徒转 少撤拿褊I肘殳用史。
调查加丄和服役历史 嚮1现场调査及残骸分析 初步观察分析无损检测分析 i 材料Wttiffltt«,进而列明ET 预中撕裂的壬要原因。
宏观断口分析超深井钻井鈿具失效分析［«娶］超深井钻井在施工中经常发生was.卡站事故和井漏、井壁失梯、站貝偏曆等复杂帝况。
这些事故及复杂怖况严車地前约了钻井速度，冋时造戒了一定的经济损失。
通过对钻具失效怖 况进行分折，思结了经验教illl,对今后超深井钻井的能工有一定的借鉴和指导恿丈。
［关 SR ］超深井钻井；站具断裂；钻具失效；钻具损伤［容】1钻具失效分林站具失效形貳壬要有站具斷裂、鉛貝剌漏、殆貝螺奴按头SW.钻具螺纹接头开裂、钻貝悄磨 等等。
尤貝是在深井、趙深井以及术平井、夫位杨井等貝杂井的作业过程屮，站貝Di 裂的甩害 尤其严車，轻者增加站井本钱，址长钻井周期，車者导致填井傅钻甚至于整井报废。
在深井、 超深井等貝杂井的估探作业中，用双扭矩台肩的估貝可以有效的提高估具承我能力，ROffiR 的斷裂失效事故，提高站貝的平安可靠性。
螺杆钻具失效原因分析与技术对策探讨
- 57 -第11期螺杆钻具失效原因分析与技术对策探讨陈石（大庆钻探工程公司钻井一公司， 黑龙江 大庆 163411）[摘 要] 近年来螺杆钻具在定向井和水平井钻井施工中应用的数量逐渐增多，由于受到多种因素的影响，经常出现螺杆钻具失效的情况，严重影响了石油钻井的施工效率。
本文对近几年螺杆钻具的失效情况进行了统计，从中分析螺杆钻具失效的原因，并制定相应的技术对策，减少了螺杆钻具的失效频率，对提高石油钻井生产效率具有积极作用。
[关键词] 石油钻井；螺杆钻具；失效原因；技术对策作者简介：陈石（1983—），男，黑龙江双鸭山人，大学本科学历，工程师。
在大庆钻探工程公司钻井一公司从事钻井工作。
随着石油钻井中的定向井、水平井钻井技术的进步与发展，螺杆钻具的使用越来越广泛，已经不再局限于直井复合钻井提速，而在定向井、水平井的造斜段和稳斜段使用中均发挥着重要的作用。
但由于螺杆钻具发生失效致使部分定向井、水平井的施工效率低下，因此需要对定向井、水平井施工中螺杆钻具失效原因进行分析，并制定对策。
1 螺杆钻具失效调查分析螺杆钻具在定向井、水平井的使用中失效情况时有发生，笔者统计了某钻井公司2015年以来的所有螺杆钻具失效案例，并对这些螺杆钻具失效案例的失效原因进行分门别类的统计分析后发现，螺杆钻具在定向井、水平井钻井施工中失效形式主要分为以下几种：一是传动轴不能转动、卡死；二是马达定子发生脱胶；三是螺杆钻具最顶端的旁通阀刺漏；四是传动轴发生断裂；五是螺杆钻具本体发生倒扣。
这些不同种类的螺杆钻具失效案例的发生不仅影响了定向井、水平井的钻井施工效率，而且大大增加了钻井成本。
2 螺杆钻具使用中失效原因分析2.1 传动轴不能转动、卡死原因分析通过拆卸失效的螺杆钻具发现，传动轴不能正常转动，最终导致传动轴卡死的直接原因是在传动轴总成的最顶端部位堆积了大量的钻井时产生的岩屑，岩屑的由来一是使用的钻井液性能未能达到施工要求，含砂量高，在停泵接单根过程中由于钻井液的悬浮能力差，导致钻井液中大量的岩屑下沉到传动轴的顶部；另一原因是在下钻过程中片面追求下放速度，导致钻井液中的泥沙倒灌入螺杆钻具的马达中，开泵后大量泥沙集聚堆积到传动轴顶部致使传动轴卡死。
_127mmS135钻杆接头外螺纹断裂失效分析
失效钻杆接头 的冲击 功和硬度符合 SY /T S29 " 一
2010 年第 3 期
西部探矿工程 流预防钻具事故好的经验和做法 , 特别要做好钻具使用 中后期的腐蚀应力疲劳失效的预防工作 "
参考文献 :
+ 10 1. 11
+ 10 1. 85 + 10 2. 51
50 85
50 95
貌 " 在接头瞬断区可见明显 的剪切唇形貌 " 从宏观形 貌分析判断 , 裂纹起源于接头密封 台肩面根部外表 面 , 由外 向内扩展 , 最终导致接头发生断裂失效 "
2.2 微观 断 口分析
口井 , 在挂曰177.st m 尾管时发生一起必 127m m S135 n 斜台肩内涂层钻杆接头外螺纹断裂 "该井为一 口直井 , 发生事故是实钻井深 6262.o o m " 必 17 7 .sm m 尾管下 深 6259. 28m , 球 座 位 置 6202. 64m , 悬 挂 器 位 置
钻柱是快速优质钻井的重要工具和手段 , 是联通地
承受复杂的应力载荷 , 接头密封 台肩面根部是应力集中 部位 , 同时也是易产生加工缺陷的部位 , 是钻杆接头事 故的多发处 , 裂纹易在此处萌生 "
3 .2 此次 断裂 事故 的结论
面与井下的枢纽 " 在转盘钻井 时依靠 它来传递破碎岩 石所需的能量 , 给井底施加钻压 , 以及 向井 内输送钻井 液等 "在井下动力钻井时 , 井底动力机是用钻柱送到井 底 , 同时动力钻具所需 的液体能量也是通过钻柱输送到 井底的 "在钻井过程中 , 钻头的工作 , 井眼的状况 , 甚至 地层的各种变化 , 往往是通过钻柱及各种仪表才能反映 到地面上来 "合理的钻井参数和其他的技术措施 , 也只 能在正确使用钻柱的条件下才能实现 "
影响钻具螺纹维修质量的因素及对策
影响钻具螺纹维修质量的因素及对策[摘要] 针对在钻具螺纹车修过程中出现的影响螺纹车修质量的因素进行具体分析,分析了常见螺纹失效的形成原因和解决方案,从而对进一步提高钻具维修质量进行有益的探索。
[关键词] 钻具螺距紧密距锥度牙形角偏差量规钻具螺纹是连接钻柱的重要部分,钻柱在不同井段长时间承受拉伸、压缩、弯曲、内外压力等复合应力的作用,而螺纹连接部位是最薄弱的环节,据统计,失效事故80%以上发生在螺纹连接处,由此可见钻具螺纹质量对保证钻井作业顺利有着极其重要的意义。
下面将从影响螺纹车修质量因素出发,就如何提高钻具螺纹加工质量进行探讨。
1、影响因素的分析1.1 设备因素车床精度是影响加工质量的重要因素,车床锥度杠、丝杠精度较差、部分配件损坏或各轴间隙没调整好等设备因素都会使工件在加工过程中产生各种缺陷。
目前钻具维修采用的是沈阳生产的SI—245A,SI—245B,SI—262A专用管螺纹车床,这几种车床操作方便,设计精度能够满足钻具维修要求,床身上设计有锥度杠,对大锥度的钻具螺纹车修更加方便易行,但车床长时间运转,床身导轨、锥度杠、光杠等产生磨损导致螺纹锥度超差;主轴的轴向窜动,丝杠的磨损、中心架的高低调整不当都会导致螺距超差,当两个螺距不同、锥度超差的内外螺纹旋合时,并不能实现所有的齿面全面接触,只有部分螺纹承受应力,造成局部齿面应力过高,当螺纹所受应力超过屈服极限使这部分螺纹就会被破坏,导致螺纹过早失效。
1.2 刀具的因素目前管具公司在维修钻具螺纹推广使用的是一次成型刀具,这种刀具精度高,使用方便,但在使用过程中刀刃易磨损,崩刃。
在切削过程中应经常检查及时调整刀刃,并合理选择且削速度,避免由于刀刃磨损造成的齿高不足,牙型角超差,崩刃引起纹上纹。
另外在刀杆安装过程中要注意先把合适的伸出量,避免由于刀秆夹得过长引起颤动,这样既会加快刀具的磨损,进而影响到整个螺纹车修质量。
1.3 量规的因素量规是维修工人对钻具螺纹进行自检和抽检最常用的量具,量规的准确与否直接影响钻具螺纹的质量。
钻杆及其接头的早期失效分析与措施研究
钻杆及其接头的早期失效分析与措施研究[摘要]钻杆失效表现在三个方面：本体断裂、刺漏、钻杆螺纹处失效。
本文将分析并探讨钻杆及其接头的早期失效类型、失效形式、失效原因，并且根据分析原因去寻找应对的方法以及预防的办法。
通过设计优化的钻杆结构，提升钻杆质量，使钻杆失效事故发生的概率下降。
[关键词]分析原因钻杆失效优化设计预防措施钻具0前言失效分析是分析判断材料的失效模式、性质、原因、研究失效事故处理方法和预防再失效的技术活动与管理活动，是一种科学的分析方法。
本文将对钻杆失效进行分析。
钻杆很容易受到磨损以及腐蚀等问题的影响从而引发失效事故。
而仅仅是在我们国家的油田之中发生的钻杆失效事故就多达数百起，钻杆失效不仅会造成极大的经济财产的损失，并且常常影响到工程的进度，后果十分严重。
失败乃是成功之母，通过研究钻杆失效，推进提高钻杆质量以及加强研究钻杆的使用和管理，尽量避免失效事故。
1失效类型分析在钻进过程中的受力繁杂，不仅仅是拉力，还有各种应力，因此失效的种类十分复杂，环境也很苛刻，井下的介质之中还包含有一些具有腐蚀性质的液体，而钻具运转起来后会促使钻杆与井壁之间产生高频率的撞击以及摩擦。
钻杆失效的类型种类繁多，主要可以概括为三大类型：断裂失效或者是刺穿失效；表面受损以及过量变形。
断裂或者是刺穿失效在失效事故比较常见，疲劳以及腐蚀等因素是罪魁祸首。
而腐蚀也极易造成表面受损，机器磨损也是表面受损。
当所受到的应力超过钻杆能承受的极限的是，则会引起过量变形[1]。
1.1断裂失效①过载断裂：如“鳖钻时的钻柱体断裂”，“钻杆遇卡提升时焊缝热影响区的断裂”。
②氢脆断裂：金属中的氢含量过多时，材料在拉力和应力的作用下很容易产生氢脆。
很多人不知道，由硫化氢和盐酸引起的钻柱应力腐蚀断裂也是由于氢的作用造成的。
③应力腐蚀断裂：如“钻杆接触某些腐蚀介质时的应力腐蚀开裂”，“钻柱在含硫油气井中工作时的硫化物应力腐蚀断裂”。
④低应力脆断：此类失效在钻杆失效中占了很大的比例，是最危险的断裂方式之一。
钻井机械设备失效影响及对策分析
钻井机械设备失效影响及对策分析摘要：随着科学技术的快速发展，我国石油开采技术不断提高。
在这样的情况下，钻井设备的性能是影响钻井技术的主要因素。
在实际钻进的时候经常会出现机械性能失效现象。
针对此现象，要采取科学合理的措施才能解决钻井机械设备的失效问题。
基于此，本文分析了钻井机械设备失效影响因素，提出了钻井机械设备失效影响因素的解决对策，期望为未来有关研究提供相应的参考。
关键词：钻井机械设备；失效；影响因素；对策在现代社会当中，石油行业与我国国民经济发展与资源储备等情况紧密关联。
石油开采没有办法和钻井机械设备相分离。
然而，在这样的情况下，钻井机械设备经常出现失效现象，会影响正常生产，所以需要探寻该类设施设备出现失效的多种影响因素，运用科学合理的维修与管理策略，保障钻井机械设备实际运用的质量与成效，有效延长此类设备的实际寿命，保证石油开采质量与具体成果。
因此，加强钻井机械设备失效影响因素及对策研究具备现实意义。
1钻井机械设备失效影响因素分析1.1钻井机械设备零件的局部塑性变形在现阶段的石油钻井作业活动当中，会对钻井机械设备起到很大程度上的影响以及冲击。
再加之此类设备所承担的符合非常重，十分容易出现多种零部件的挤压，进而造成钻井机械设备出现变形现象，这样便会造成该类设备的失效。
将石油开采作业钻井泵上部位置的传动齿轮当做是案例，如若该齿轮并不坚固，导致其坚固程度没有办法和实际设计要求相满足，这样在长期负荷条件下会由于挤压而出现变形现象。
长此以往，非常容易造成齿轮出现失效情况。
1.2钻井机械设备疲劳失效对于当前的多种钻井机械设施设备而言，不管是实际作业环境，还是具体作业条件，都非常恶劣。
这样会对钻井机械设备的具体维修作业次数与实践起到很大的影响。
由于长期缺少科学合理的维修作业，非常容易造成钻井机械设备长时间处在疲劳状态当中，进而出现失效现象。
因为此方面的因素造成失效现象难以进行修复。
比如，发电机在钻井机械设施设备当中占据着十分重要的位置，由于其实际作业时间比较上，缺少科学合理的维修作业，非常容易造成设施设备出现断裂现象，最后造成失效。
丝扣连接类钻杆出现螺纹损坏的常见原因分析
丝扣连接类钻杆出现螺纹损坏的常见原因分析地震勘探钻探中，丝扣连接类钻杆是常见的设备组成之一。
钻杆通常由两节或多节互相螺纹连接组成，连接处多采用丝扣连接。
然而，丝扣连接类钻杆出现螺纹损坏也是一项常见问题。
探究造成此问题的主要原因，可以有效减少生产过程中的损失。
一、润滑问题丝扣连接类钻杆所使用的润滑油必须具备非常好的润滑效果，在钻探过程中防止锈蚀，避免螺纹摩擦。
如果使用润滑不当，会造成以下问题：1.1 润滑油不足如果润滑油不足，摩擦阻力将会增加，使螺纹之间的摩擦更加剧烈，从而造成螺纹损坏。
1.2 粗糙的润滑油如果润滑油的纯度不够或掺杂沙粒等硬颗粒物，将导致螺纹表面粗糙，增加螺纹的摩擦系数，也会加大螺纹的磨损程度。
二、装配方面装配方面因素也是导致螺纹损坏的原因之一。
钻杆在装配过程中，一定要做到下列几点：2.1 螺纹加工不合格如果螺纹加工不合格，会导致螺纹尺寸不合并造成螺纹结合紧密度不足，进而影响钻杆的整体质量和连续性。
2.2 螺纹连接错误如果装配员连接时没有按照正确的方法进行，也会增加螺纹损坏的机会。
过度卡紧手感可能会损坏螺纹。
2.3 丝扣分档错误丝扣分档在生产过程中经常用到，分档不精准会导致钻杆焊接位置偏差，从而影响钻探效果，使螺纹损坏率增大。
三、行车运输问题在钻杆运输时，采取适当的运输方式和对钻杆的保护措施，避免因运输磨损螺纹。
一定要防止以下行车运输问题：3.1 颠簸过度行车路面条件不好的情况下，颠簸过度会使钻杆受到振动力的作用，从而增加钻杆的磨损程度，伤害螺纹的结合紧密度。
3.2 摩擦因素长途运输时，钻杆在接触其他物体时勿使钻杆过度颠动或受到压力作用。
否则，会因摩擦磨损导致螺纹损坏。
通过以上三个方面的问题分析，可以清楚地看到丝扣连接类钻杆出现螺纹损坏的主要原因。
在生产与使用过程中，应重视相关环节，管理好润滑、装配和运输等方面的落实，提高钻井效率，降低维修费用。
螺杆钻失效的原因及预防
螺杆钻失效的原因及预防摘要：在油田修井作业中螺杆钻主要用来水泥塞、清理井筒的一种理想井下工具。
螺杆钻在使用中有它的优点，也有缺点，施工过程中稍微不注意，就会造成失效无进尺。
本文试对螺杆钻施工过程中常出现的问题进行简单的分析，并总结出一些操作方法及注意事项，以供施工人员参考。
关键词：井下作业螺杆钻失效螺杆钻具是在油田修井作业中主要用来水泥塞、清理井筒的一种理想井下工具。
以其使用方便、施工费用低，越来越多地在现场得到应用。
1结构特征及基本原理1.1结构特征螺杆钻具主要由上接头、旁通阀、马达（定子、转子）、联轴节、过水接头、轴承总成及下接头组成。
1.2 基本原理螺杆钻具通过转子和定子将高压液体的能量转变成机械能。
当高压液体通过钻具内孔进入钻具后，旁通阀阀芯被推动下移，关闭旁通阀，从而进入转子与定子形成的各个密封腔。
液体在各腔中的压力差推动转子沿定子的螺旋通道滚动。
转子在沿自身的轴线转动的同时，还绕与转子轴线平行，并有以偏心距e的定子中心线公转。
这就是所谓的螺杆钻具的行星传动原理。
由于转子和定子都采用螺旋线，因而转子绕定子轴线作逆时针转动，并以自身轴线作顺时针转动去带动钻具旋转。
2螺杆钻现场使用中遇到的问题螺杆钻虽然具有很好的过载性能和硬机械特性，但是在现场应用中经常遇到问题，造成钻塞失败，轻则浪费人力、物力，造成成本的浪费，重则造成螺杆钻的报废或转大修，甚至落井的螺杆钻无法打捞而造成油井的报废。
现场应用螺杆钻主要遇到以下问题：①水泥车压力太高，出口不返液，造成蹩泵，甚至蹩坏油管；②钻压、出液正常，但钻塞无进尺；③壳体脱扣；④壳体折断；⑤传动轴折断；⑥钻塞过程中造成卡钻；⑦水泥车及油管等造成钻塞无进尺。
3钻塞失败的原因分析3.1井筒内液体太脏含有一些大颗粒的杂质，经旁通阀进入油管内的液体中的杂质就会沉淀，最终进入螺杆钻内，造成堵塞螺杆钻。
钻塞施工时，就会出现水泥车压力过高，且出口不返液。
特别是在井筒不清洁，不连续施工时会因为井内脏东西沉淀下来堵塞螺杆钻。
超深井钻井钻具失效分析
超深井钻井钻具失效分析[摘 要]超深井钻井在施工中经常发生断钻铤、卡钻事故和井漏、井壁失稳、钻具偏磨等复杂情况。
这些事故及复杂情况严重地制约了钻井速度，同时造成了一定的经济损失。
通过对钻具失效情况进行分析，总结了经验教训，对今后超深井钻井的施工有一定的借鉴和指导意义。
[关键词]超深井钻井；钻具断裂；钻具失效；钻具损伤[内容]1 钻具失效分析钻具失效形式主要有钻具断裂、钻具刺漏、钻具内螺纹接头涨扣、钻具内螺纹接头开裂、钻具偏磨等等。
尤其是在深井、超深井以及水平井、大位移井等复杂井的作业过程中，钻具断裂的危害尤其严重，轻者增加钻井成本，延长钻井周期，重者导致填井侧钻甚至于整井报废。
在深井、超深井等复杂井的钻探作业中，用双扭矩台肩的钻具可以有效的提高钻具承载能力，降低钻具的断裂失效事故，提高钻具的安全可靠性。
2 .1失效分析的程序和步骤失效分析程序图：截取试样金相分析 微观断口分析 化学成分分析 常规力学分析确定失效的性质综合分析确定失效的原因下步改进的措施现场调查及残骸分析调查加工和服役历史 初步观察分析无损检测分析失效（故障）发生宏观断口分析2.2整个失效分析过程的几个环节：收集失效件的背景数据。
主要包括加工制造历史、服役条件和服役历史。
失效件的外观检查。
包括：失效件的变形情况，有无镦粗、下陷、内孔扩大、弯曲、缩径、断面解理形状等；失效件表面的加工缺陷，如：焊疤、折叠、瘢痕、刮伤、刀痕、裂纹等。
断裂部位所在的位置，是否在键槽、尖角、凹坑等应力集中处。
观察表面有无氧化、腐蚀、撕咬、磨损、龟裂、麻坑等。
察看相联件的情况。
1）断口分析：断口记录了断裂材料主裂缝所留下的痕迹。
通过对断口形貌的分析，不仅可以得到有关部件使用条件和失效特点的资料，还可以了解断口附近材料的性质和状况，进而判明断裂源、裂纹扩展方向和断裂顺序，确定断裂的性质，从而找到断裂的主要原因。
钻柱的服役条件及主要失效类型2）钻柱的工作状态在钻井过程中，钻柱是在起下钻和正常钻进两种工序中交替工作的。
钻具螺纹的损坏分析及预防措施
钻具螺纹的损坏分析及预防措施发表时间：2020-12-22T08:08:42.852Z 来源：《建筑细部》2020年第25期作者：刘春亮王秋王凯韩莹颖王月[导读] 在石油勘探开发力度不断增加的现状之下，复杂井和水平井的钻探工作量逐年呈上升的趋势，随之而来的是钻具螺纹损坏事故的出现。
黑龙江景宏石油设备制造有限公司黑龙江省齐齐哈尔市 161005摘要：在石油勘探开发力度不断增加的现状之下，复杂井和水平井的钻探工作量逐年呈上升的趋势，随之而来的是钻具螺纹损坏事故的出现。
一旦钻具的螺纹受损，就会影响到钻井作业的正常开展，延长钻井工期，从而带来经济损耗。
和直井相比，水平井中的螺纹受力情况更加复杂，特别是在不同的旋转钻进和滑动钻进情况下，会加剧螺纹的损坏程度。
鉴于此，本文基于钻具螺纹的损坏分析，探讨了影响钻具螺纹疲劳破坏的主要因素，在此基础之上提出了钻具螺纹的损害预防措施，希望能够为相关工作起到参考作用。
关键词：螺纹；疲劳；破坏；措施1.钻具螺纹疲劳破坏分析由于受到多次重复荷载作用的影响，金属材料被破坏，将这种现象称之为疲劳破坏。
疲劳破坏的形成来自三个阶段，即疲劳破坏现象的萌生阶段、扩展阶段以及疲劳断裂阶段。
钻具在受到荷载的作用力下多次表现出重复的变化为疲劳破坏的主要特征。
一旦钻具材料持续交变，当荷载超出某一数值的情况下就会产生疲劳破坏，将这个数值称之为材料的疲劳极限或是持久极限。
钻柱的工作条件比较恶劣，不仅需要承受钻具振动和涡动引起的瞬时巨大冲击荷载，同时还要承受由交变荷载引起的应力变化[1]。
除此之外，井壁磨损以及钻井液腐蚀等因素也会对钻柱产生很大的影响，井壁腐蚀、磨损以及疲劳破坏等都是钻柱失效的主要形式，其中，最为严重的是疲劳破损，这种现象通常出现了钻杆接头以及螺纹位置。
2.影响钻具螺纹疲劳破坏的主要因素2.1材料质量对螺纹疲劳破坏的影响可能对材料机械性能产生影响的因素主要有材料的金相组织以及化学成分等。
常规修井作业中螺杆钻具失效原因探析
常规修井作业中螺杆钻具失效原因探析摘要：常规修井施工常用螺杆钻具受规格尺寸限制，在旁通阀、液马达、万向轴、传动轴、连接螺纹等方面存在一定的薄弱环节。
本文从螺杆钻具的设计、选型和使用的角度出发，结合应用实例对失效原因方面进行了探讨和分析，为优选井下作业螺杆钻具，提高其使用寿命做出了积极的建议。
关键词：常规修井；螺杆钻具；失效常规修井作业中，螺杆钻具的应用日益广泛，尤其在钻塞等施工中，更是提速提效的重要工具。
常规修井作业和钻井相比，螺杆钻具在规格选择和参数设计方面有着不小的差异。
分析螺杆钻具失效的原因，采取针对性措施提高其使用寿命，以降低修井作业成本十分必要。
螺杆钻具是指钻井液（修井液）流过螺杆定子和转子，使钻井液（修井液）的水力能转换为驱动钻头旋转的机械能的动力钻具。
螺杆钻具自上而下，由旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成等组成，其结构见下图所示：常规修井作业所用螺杆钻具，一般是指Φ101.6mm的螺杆钻具，主要包括Φ95mm、Φ73mm、Φ45mm等，更小规格的应用量极少，此次不予讨论。
1.螺杆钻具失效因素分析螺杆钻具的设计使用寿命与其规格的大小成正相关关系，规格越小，使用寿命越短。
导致其失效（不能正常工作）的因素主要如下：1.旁通阀总成失效原因分析旁通阀总成受规格所限，其旁通孔径和弹性体直径较小，存在因堵塞或者卡滞导致旁通阀无法打开，继而导致液马达无法工作螺杆失效的情况。
根据统计来看，在螺杆钻具失效占比中约3%。
1.液马达总成失效原因分析常规修井作业，修井液一般采用清水、活性水或者中水（处理过的地层污水），其颗粒固相的清除依靠自然沉降者居多，且和钻井液相比润滑能力低，对定子和转子的损伤不易管控。
定子和转子的相对容积空间出现破坏后，液力能向机械能转换的效率明显降低，表现为循环压降降低，扭矩传递衰减明显。
此外，修井作业导致修井液中含油量的增加，对定子和转子胶体的耐油性提出了挑战。
根据统计来看，在螺杆钻具失效占比中约为83%。
钻井机械设备失效原因及修复技术
中国石油
四、绞车
钻井绞车主要失效原因及修复关键技术
1、各轴疲劳裂纹或弯曲
1、轴弯曲变形大于1mm或有裂纹 、断裂应换新
钻井 绞车轴
2、轴键槽磨损超过公差值，应 加宽或重新开槽使用
3、轴径配合处磨损小于0.15mm， 涂 抹 乐 泰 609 或 680 胶 ， 大 于 0.15mm更换新轴
中国石油
中国石油
三、水龙头
3.2、冲管总成的失效及修复
冲管更换 步骤
1 取下冲管卡簧取下上盘根盒，抽出冲 管，卸掉黄油嘴拿下下压盖。
2 将上下盘根盒里的密封圈、压套、隔 环、盘根取出,清洗干净。
3 新冲管、新盘根、隔环、上下盘根盒 内涂上黄油。
4 按先后顺序将盘根装入隔环，隔环装 入上下盘根盒，下盘根盒的密封压套用 螺钉固定。
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二、大钩
• 制动装置：由制动轮（17-6）、制 动轮轴（17-3）、掣子（17-7）、掣子 轴（17-1）、弹簧（17-2）和（17-4） 、壳体（17-5）等零件组成。它可在八 个均称的任一位置把钩身锁住，当把制 动轮轴（“止”端）的手把向下压时， 制动轮就嵌入大钩锁环的凹槽内，使钩 身不能转动；当把制动轮轴（“开”端 ）的手把向下压时，制动轮就脱出锁环 的凹槽并被掣子锁住，钩身就可任意转 动。制动装置用操作杆操作，此杆也用 来操作安全销体的掣子（9），以打开 安全锁体（11）。
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二、大钩
主要失效原因及修复关键技术
制动装置失效
制动装 置转动 不灵活 ，更换 新制动 装置
制动装 置处漏 油，更 换O型 圈
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三、水龙头
• 1 、功用：提升、旋转、循环。 • 2、结构
a、固定部分：壳体、提环、上盖 下盖、鹅颈管、提环和提环销六部分组成；
钻杆螺纹失效分析及改进措施分析
钻杆螺纹失效分析及改进措施分析发布时间：2023-03-22T05:48:11.895Z 来源：《工程管理前沿》2023年第1月1期作者：刘洪涛[导读] 简单介绍了钻杆的受力状态及其接头螺纹断裂失效的主要类型、表现形式，基于有限单元分析方法分析了螺纹强度水平，创建了钻杆接头模型，解读造成螺纹失效的常见因素，探讨有效改进钻杆设施结构的技术方法。
刘洪涛中石化胜利石油工程有限公司管具技术服务中心山东东营 257100摘要：简单介绍了钻杆的受力状态及其接头螺纹断裂失效的主要类型、表现形式，基于有限单元分析方法分析了螺纹强度水平，创建了钻杆接头模型，解读造成螺纹失效的常见因素，探讨有效改进钻杆设施结构的技术方法。
结合实践情况，规范应用以上改进措施后显著增加了钻杆的使用周期，降低局部断裂事件发生的风险，帮助使用单位节省成本，提升项目施工质量，进而创造出更多的经济收益。
关键词：钻杆接头；螺纹失效；有限元分析；结构改造引言能源资源是经济建设与发展的物质基础，近些年社会各个行业运营发展中对能源的需求量不断增加，能源的开采力度也日益增大，国家相关部门对该项活动的执行情况给予高度重视。
天井钻机历经数十年的发展后，自身已经成为一种技术十分成熟的设备类型，多各类复杂地质环境表现出较强的适应能力，能一次成型建造出各类型天、斜井，但和发达国家同类设备相比较国内转机设备的技术发展水平还是体现出一定滞后性，主要是因为产品设计理念及手段落后，并且钻机自身可靠性还有很大提升空间[1]。
1.1受力状态现场钻进施工时，基于螺纹联接形式使钻杆成为细长的管柱，钻杆自身的受力变形主要由如下两部分构成[2]：其一是已经钻出的钻孔样态使钻杆局部出现弯曲变形；二是钻杆现场钻进期间出现了组合变形问题，造成钻头处生成较大的钻，钻杆变形直接影响着钻压大小，这属于几何非线性动力范围内的问题；另外在多种荷载的作用下，钻孔对杆的变形程度产生了较大的约束力，和孔壁在某一深度部位、孔壁圆周方向上相互触及，可以将其归结成接触非线性动力学问题。
螺杆钻具马达总成失效原因分析及改进
螺杆钻具马达总成失效原因分析及改进摘要：为分析螺杆钻具马达总成定子壳体受到过载力作用、机械外力作用后出现的断裂、裂纹等问题，本文提出设计改进措施，同时提高材料等级，以期为螺杆钻具马达总成的合理运转提供参考。
关键词：螺杆钻具；马达总成；失效原因；改进策略螺杆钻具是指一种以钻井液作为主要动力，将液体压力能直接转变成为机械能的溶剂式井下动力钻具。
高压钻井液在使用时，会先经过旁通阀直接进入到马达中，在马达的进出口位置处，会逐渐形成一定压差，推动转子绕定子的轴线不断旋转，直接将扭矩与转速通过万向轴、传动轴等全部都传递到钻头位置处，以此来达到钻进的根本目的。
螺杆钻具也可以称之为溶剂式马达，属于井下动力装置，其自身的整个转速较低，具有大扭矩、大排量等优势特点，可以适当的增加钻头扭矩、功率，保证进尺率的提升，避免钻杆、套管磨损或者损坏。
但是在螺杆钻具马达总成使用过程中，由于力学环境具有一定复杂性，所以经常会引起罗干钻具失效的情况，必须要对失效的原因进行分析和研究，才能够提出有针对性的改进策略。
1螺杆钻具马达总成失效原因1.1定子壳体在过载力影响下出现断裂情况根据研究结果，螺杆上部接头位置处的头母扣端面，出现不同程度的损伤以及凹陷等问题，其外径的尺寸也从原本的89mm，扭矩扩张到91.5mm。
结合施工现场的实际情况，发现在遇到塌孔等特殊情况之后，螺杆扶正器部位遇到问题，此时所杆自身的承载推力以及扭矩严重超出自身可以承载的弯扭矩能力[1]。
结合具体断裂位置，该位置是整根定子最为薄弱的位置，由于受到过载推力以及扭矩的影响和作用，导致定子壳体最为薄弱的位置很容易出现断裂。
1.2定子壳体在机械外力的影响下出现裂纹定子壳体由于受到机械外力的影响，会出现裂纹，究其原因在针对管体的裂缝周边取点硬度测量时，现有技术标准要求中，明确提出要求硬度HB280至320，实际测量硬度的均值为HB296，满足目前技术标准要求。
与此同时，追溯相同一批材料加工的其他定子管体时，并没有发现任何开裂问题。
钻杆失效分析
三、避免钻杆非正常失效的措施钻杆的基本力学工况钻杆在内外充满钻井液的狭长井眼里工作，通常承受压、弯、扭、液力等载荷。
如果钻杆所受应力小于每平方米206.8牛顿时，钻杆虽经过无数次的弯曲，也不会产生疲劳裂纹。
钻井时钻杆承受弯曲、扭转和拉伸应力组成的复合应力很大，特别是在大位移定向井及水平井中扭矩极大，钻杆在100万次弯曲次数时便产生疲劳微裂纹；微裂纹产生后便不断扩大延伸，此时如果具有腐蚀作用的高压钻井液进入微裂纹中，就会加速裂纹扩展，最终导致钻井液刺穿钻杆的失效事故。
刺穿发展的结果，使钻杆有效断面不断缩小，刺孔加裂纹的总长度超过其临界裂纹尺寸时，即发生断裂。
除旋转向下的运动，同时还有钻杆的各种振动和涡动。
根据钻杆的失效原因分析，钻杆除正常磨损而失效外，钻杆的非正常失效原因可分为为两个方面：工人操作原因和钻杆自身质量原因。
因此，我们可以从提高钻杆质量和规范操作两方面来避免钻杆非正常失效。
1．提高钻杆质量（1）钻杆材料选择：为适应钻杆的受力分析，钻杆杆体应有较高的抗拉强度、较好抗弯性能和较好的冲击韧性。
杆体材料应选择中碳合金结构无缝钢管，合金元素中应含有较多的Cr、Mo等元素以提高材料的抗拉强度和冲击韧性，含有Mn、Si等元素以提高材料的弹性（即抗弯性能）。
有时还含有微量的B、V等元素以提高材料的淬透性。
常用的杆体材料有：36Mn2V、35CrMo、42MnMo7、35CrMnSi、45MnMoB等。
用于杆体的无缝钢管的壁厚均匀度和轧制缺陷也是影响钻杆质量的重要因素。
如轧制的钢管壁厚均匀情况严重，当钻杆较大的扭力作用时，容易在壁厚较薄处纵向裂开。
有的钢管有重皮、气孔等缺陷，钻杆易从此处产生应力集中断裂或刺漏。
钻杆接头受力最为复杂，接头材料须有很高综合机械性能。
钻杆接头多采用35CrMo或42CrMo.30CrMnSiA棒料制造，但经过锻造的接头材料能大大提高其综合机械性能。
（2）加工工艺选择：目前国内钻杆从加工工艺分主要有整体锻造钻杆（简称整体钻杆）、镦粗＋摩擦焊钻杆（简称镦焊钻杆）和单纯摩擦焊钻杆（简称摩擦焊钻杆）。
对钻具螺纹的损坏分析
新
疆
石
油
科
技
2016 年第 4 期 （第 26 卷）
对钻具螺纹的损坏分析
范志国*
西部钻探公司定向井技术服务公司， 834000 新疆克拉玛依
摘 要 螺纹的损坏是钻具事故的主要形式。分析了连接螺纹受到的应力状态， 连接载荷在螺纹牙齿上的分布具有不均匀性，
外螺纹根部受到的载荷最大， 是整个螺纹薄弱环节。从材料性质、 螺纹加工精度、 应力集中情况、 钻柱的工作状况、 井眼状况等几 方面介绍了引起螺纹损坏的因素。应用平衡强度概念计算常用螺杆连接扣型的螺纹强度比， 揭示了潜在风险。掌握钻具螺纹的 疲劳损坏机理和预防措施， 对今后技术服务或有裨益。
4.3 应力集中的影响
有关实验表明， 材料的疲劳极限与应力集中度成 指数关系， 试件或材料的应力集中会显著降低材料的 疲劳极限。井下钻具螺纹在加工时刀具容易产生划 痕， 进而引起应力集中， 降低材料的疲劳极限。加工 应力减轻槽可以有效地防止材料的疲劳极限降低。 在内螺纹接头底部加工较深的圆柱孔并切掉不可能 啮合的螺纹牙和部分可啮合的螺纹牙， 这就使弯曲变 形移向圆柱孔， 因此不但可以提高内螺纹接头的疲劳 寿命， 而且可以提高外螺纹的疲劳寿命。对于外螺 纹， 由于接头载荷在各圈牙齿上不均匀分布， 使外螺 纹最后啮合区螺纹牙受载最大。在其根部加工应力 减轻槽， 可以改善载荷在螺纹上的分布， 使其分配趋 向均匀。
关键词 螺纹 钻具 水平井 疲劳 破坏 措施
1 概述
随着石油勘探开发力度的加大， 水平井、 复杂井 的钻探工作量呈现逐年上升的趋势， 伴之而来的钻具 失效事故也时有发生。钻具失效事故将直接导致延 长钻井周期， 增加投资成本， 造成巨大的经济损失。 与直井相比， 在水平井施工中， 井下钻具的螺纹受力 更加复杂， 特别是不同的作业方式 （旋转钻进和滑动 钻进） 加剧了钻具螺纹的疲劳损坏程度， 很容易诱发 螺纹提前损坏。分析钻具螺纹的疲劳失效机理， 杜绝 以后类似事故的发生是摆在工程技术人员面前的一
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纹 拉伤 、 粘扣 甚至 断裂等 严重 事故 。
２ ４ 钻 杆螺 纹表 面处理 和螺 纹脂 的选择 ．
我国合金钢系列与美 国合金结构钢系列差别很大 ， 在 Ｇ ３７ ８ Ｂ ０７— ２中虽然也 有 Ｃ —Ｍｏ钢 系列 ， ｒ 但含 碳
的发 生。
关键 词 ：天 井钻 机 ； 钻杆 ； 失效 分析 ；改进措 施
０ 引 言
天井 钻 机 经过 几 十年 的发 展 ， 目前 已经成 为一
以 当前 市场 占有 率较 高 的 国产 Ａ Ｔ系列 天 井钻 机为 例 ， 型 天 井 钻 机 所 用 螺 纹 为 标 准 Ａ ＩＮ ５ 此 Ｐ Ｃ ０ 系列石 油钻 杆标 准 螺纹 ， 在钻 杆 螺 纹 断裂 事 故 中主 要 为外 螺纹 断裂 ， 外螺 纹断 裂 位置 在 距 台阶 面 ２ ０～
１ 大直径天 井钻机钻杆 螺纹 失效情况综述
目前 生产 中经常 出现 的螺 纹损 伤现 象 主要表 现 为 螺纹 牙 面损伤 、 烧扣 、 扣 以及 由于螺 纹破 坏导致 粘 钻 杆头 断裂 等 ， 析其 原 因主要 包括 以下 几个 方 面 ： 分 （ ）螺 纹精 度 不 达标 ， 台 阶配 合 达 不 到 设计 １ 或 要求； （ ）钻 杆材 料不 达标 ； ２ （ ）天井钻 机所 选用 的螺 纹不 适 合天井 钻机 的 ３
７ ０
采
矿
枝
朱
的塑 韧性 。为 了达 到这 一 要 求 ， 国外 在 钻杆 选 材 及 热处 理方 面采取 了一 系列 措施 ， 钢 主要采 用 ４０ 用 １０
系列 （ ｒ Ｃ —Ｍｏ系 ） 主要 牌 号 有 ４ ３ Ｈ、 １０ 等 。 ， １７ ４ ４ Ｈ
差异 ， 导致 了在天井 钻 机 钻 杆上 采 用 标 准 Ａ Ｉ 纹 Ｐ螺
发 展 的 因素 ， 方 面是设 计水 平 和设 计 理念 的 因素 ， 一
另一方面就是国内天井钻机的可靠性需要进一步提 高 。本 文 仅针对 国产 天井 钻机 中较 常 见 的对 钻机 效 率影响较大的钻杆螺纹失效问题做简要分析 。
天井 钻 机 在施 工 过 程 中 ， 一旦 发 生 钻杆 接 头 螺 纹 损伤 ， 则导 致施 工终 止 ， 则 导 致 钻 杆 头 断裂 、 轻 重 刀 盘 坠落 。 因此 ， 天 井 钻 机 螺 纹失 效 原 因做 深 入 对
研究 ， 提高生产的安全性和可靠性 ， 其经济效益将是
显著 的 。
弯曲应力发生在内螺纹接头和外螺纹接头连接的最
后 １ 螺纹 附近 ， 裂从 外 螺 纹 接头 的最 后 １道 螺 道 断 纹根部发生 ， 位置恰为距外螺纹 台阶面 ２ 其 ０～３ ０ ｍｍ 的连 接螺 纹处 ， 纹 的载荷 分 布是 非 线性 的 ， 螺 在
旋合时其轴向应力的 ８％ 由距 台阶面 １ ３螺纹处 ０ ～ 来 承担 。实 际发 生 的外 螺纹 断裂 位 置也 在 此 处 ， 说
明 Ｎ ５ 型外 螺纹距 台 阶 ２ Ｃ０ ０～３ ｍ 处 是 危 险 ０ｍ
截面。
大扭矩高轴压工况 ；
（ ）螺纹 表 面处理 不理 想 ； ４ （ ）生产 中所 选用 的螺 纹脂 不合 理 。 ５
３ ｍ 处 ， ０ｍ 失效部 位 断 口截 面光滑 ， 具有 明显 的疲劳
种成熟 的设备 ， 可以在 多种复杂地质条件下一次成
型 的施 工各 类 天 、 井 。但 是 国 内天井 钻 机 的发 展 斜
一
直 落后 于 国外 同类 设备 。 目前 制约 国 内天 井钻 机
断裂特 征 。Ａ Ｔ 杆螺 纹 的主要 缺点 是 内外 螺 纹长 Ｐ钻
叶海舟
（ 陵有 色金 属集 团股 份有 限公 司安 庆铜 矿 ， 安徽 铜 陵市 铜
摘
２６３ ） ４ １１
要： 分析 大直径 天 井钻 机钻 杆螺 纹 失效 的原 因 ， 出 了选择 合 理 的螺 纹 形 式、 纹材 提 螺
料、 螺纹连接方式以及螺纹表面处理方式和螺纹脂等提高钻杆螺纹强度和可靠性的措施。 生产实践证明， 这些措施可以显著提 高天井钻机钻杆可靠性 ， 有效减少钻杆螺纹损伤情况
度不同， 螺纹连接后 ， 必将存在突然减小的截面 ， 台 阶面 附近 承担 了主要 的载荷 ， 形成 了应 力集 中 ， 因而 降低了螺纹的强度。根据钻杆受力情况建立钻杆头
受 力模 型 （ 图 １ ， 杆接 头 外 螺 纹 台 阶面 处几 乎 见 ）钻 支 撑着 所有 的弯 曲应 力 ， 螺 纹 第 １牙 的载 荷 高达 外 ４ ％左右 ， ２牙 ２ ％左 右 ， 次 递减 ， ７牙 以后 ０ 第 ５ 依 第 承 受载 荷很小 。因此 台 阶处 将产 生 应 力集 中 ， 大 最
图 １ 单根钻杆应力分布
２２ 钻杆 螺纹 材料分 析 ．
２ 钻杆 螺纹 失效原 因分析
２ １ 钻 杆螺 纹 受力分 析 ．
钻杆 的服役条件恶劣， 在使用过程 中要承受拉 伸、 扭转 、 弯曲、 振动 、 冲击等多种载荷的作用。根据 钻杆 的服役条件 ， 要求钻杆具有较 高的强度和良好
量 和 主要合金 元 素配 比与 ４０ １０系列相 差颇 大 。 以国 内生 产钻 杆 的 主要 钢 种 ３ ＣＭｏ为 例 ， 、 ５ｒ 碳 锰 含量 与 ４２ Ｈ、１０ １７ ４４ Ｈ相差较 大 ， 即使 采 用含 碳量 较 高 的 ４ ＣＭｏ ， ２ ｒ 钢 由于锰 含 量较 低 ， 透 性 也 达不 淬 到 ４４ Ｈ 的水平 。在热 处理 工艺 方 面 ， １０ 国外 钻 杆 生 产厂普 遍采 用可 控气 氛 炉 加 热 ， 钻杆 内外 表 面加 在 工完 后进行 光亮 淬火 。 国内钻杆 热处 理多 采用普 通
Ｉ Ｓ ６ １—２ ０ Ｓ Ｎ １７ ９ｏ ＣＮ — １ ４７ ４３ ３ ／ＴＤ
采矿技 术
第１ １卷
第６期
２１ 年 １ ０１ Biblioteka 月ＮＯ ． ２ Ｖ ０１１
Ｍ ｉ ｉ ｃ ｎ ｌｇ ｎｎｇ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ，Ｖｏ．１ Ｎｏ ６ １ １， ．
大 直 径 天 井 钻 机 钻 杆 螺 纹 失 效 分 析 及 改 进 措 施