钻杆螺纹断裂失效分析
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）。
某51／2FH双台肩钻杆内螺纹接头断裂原因分析
Ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｃａ ｕ ｓ ｅ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ａ ５— — １ ／ ２ Ｆ Ｈ Ｂｏ ｘ Ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｄｒ ｉ ｌ ｌ Ｐ ｉ ｐ ｅ
ＺＨ ＡＮＧ Ｘｉ ｎ ｓ ｈｅ ｎｇ Ｌ Ｉ Ｕ Ｚｈａ ｎ ｙ ｅ
使用 时发生断裂 。
间以后重新对焊 了新钻 杆接头 ， 断裂的 即为新换钻 杆接 头， 扣型为双 台肩 ５ １ ／ ２ Ｆ Ｈ 。
钻井液 中含砂量 ０ ． １ ５ ％， ｐ Ｈ值为 １ ０ ， 钻井参数 如表
１ 所示 。 表 １ 钻进参数
据送样者所提供现 场资料显示 ， 此钻杆 内螺 纹接头 断裂事故经过如下 ： ２ ０ １ ０年 １月 ２ １日早 上 ６ ： ３ ０ ， 在下套 管 到底后 ， 上提距离井底 ２ ． ７ ｍ循 环 ， 上提最 大钩载 １ ５ ５ 吨， 提到 ３ ３ ３ ５ ｍ静 止进行 循环 ， 泵冲为 ４ ０冲／ 分， 泵压
・
５ ０・
石油 管材 与仪 器 Ｐ Ｅ Ｔ ＲＯ Ｌ Ｅ Ｕ Ｍ Ｔ Ｕ Ｂ ＵＬ Ａ Ｒ Ｇｏｏ ＤＳ＆ Ｉ Ｎ Ｓ Ｔ Ｒ Ｕ ＭＥ ＮＴ Ｓ
２ ０ １ ５年 ４月
・
失效分 析及 预 防 ・
某５ １ ／ ２ Ｆ Ｈ双 台 肩钻 杆 内螺 纹 接 头 断 裂 原 因分 析
ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ， ｔ ｈ ｅ ｎ ｆ ａ ｔ ｉ ｇ ｕ ｅ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｗ ａ ｓ ｏ ｃ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｄ ｉ ｆ ｒ ｓ ｌ ｔ ｙ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｒ ｅ ａ ｄ ｒ ｏ ｏ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｐ ｉ ｐ ｅ ｔ ｈ ｒ ｅ ａ ｄ ｅ ｄ ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ， ａ ｌ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ａ ｄ ｔ ｏ ｆ ａ ｔ ｉ ｇ ｕ ｅ ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ．
钻具失效断裂浅谈
杆为格兰特公司生产，2017 年进货，曾经在塔里木山
1.20g/cm 。
前区块使用过。本井 2020 年 1 月 9 日送井，未修公扣，1
3
月 14 日入井，纯钻时间 247.5h，进尺 825m，钻杆在入井
3
断口描述
失效钻具在钻柱中距离井口 1951.19m 处，第 68 柱
期间主要岩性为浅灰色含云灰岩，此种岩性主要成分
图 3，且表面疲劳台阶明显；瞬断区断口表面以剪切唇
为主，属典型塑性断裂区。根据钻杆接头以上断口特
征，该钻杆接头根部断裂应为典型的疲劳断裂。
（4）接头断裂部位位于螺纹根部，从断口表面裂纹
源区域可以看到，该区域断口颜色发亮，与附近端 5 口
表面颜色明显不同，且该区域挤压痕迹明显，见图 3。
根据裂纹源处的宏观特征，和该钻具入井时间和钻井
设计井深 6820m，风险探井，
直井。
2.2
768kN，其他参数暂无变化。起钻至第 68 柱发现从中
表1
钻井设计情况及钻井经过
钻井过程
钻井过程见表 1。
钻杆失效前的钻井过程及井筒参数
开钻
钻头
进尺
累计进尺
纯钻时间
套管
套管长度
次数
尺寸
(m)
(m)
（h）
尺寸
(m)
2019-10-31~11-04
一开
17-1/2″
液沉淀浓度（0.1~0.4mL/100mL）配合连续法加电同
时施加配置好的磁悬液，尤其适应于钻具公螺纹表面
和近表面的缺陷检测。
7 预防措施
钻具公扣螺纹根部为应力集中区，应力得不到及
时释放加之复杂工况下的拉应力和弯曲应力交变，容
钻杆接头失效分析
前言2007年1月底，井下作业公司在用φ127（接头NC50）钻杆发生失效，失效形式为螺纹缺损，粘着以及接头密封台肩面撕裂性缺损。
委托方提供的钻杆工作参数为：进尺1243m，钻压4~6T，泵压10Mpa，转速80r/min。
据委托方说明该批钻杆为新产品，第一次使用。
事故发生后，该批钻杆集中放置于井下作业工司油管厂场地，经查看125根钻杆中有9组接头存在损伤，其中严重损伤2组，呈现螺纹被冲刺缺损，而且其中1组有螺纹粘着、撕毁现象；其余7组存在不同程度的接头密封台肩面黏着撕裂性缺损现象。
一、外观形貌分析1严重失效2组钻杆外观形貌如图1~4所示。
螺纹粘着、撕毁图1第1组外螺纹接头外观形貌螺纹粘着、撕毁图2第1组内螺纹接头外观形貌冲击起始区图3第2组内螺纹接头外观形貌图4第2组内螺纹接头外观形貌如图所示：第一组钻杆失效形式为螺纹缺损，粘扣。
从缺损形貌可见，图示内外钻杆接头对应部位同时存在对应的螺纹缺损和黏着形貌，因此图示内外钻杆接头为工作时对接的接头。
外螺纹接头自密封面起第6、7、8扣粘结，内螺纹自密封面起第4、5、6扣粘结；从螺纹缺损形貌分析，可以断定螺纹缺损由高压钻井液冲刺造成。
第一组钻杆失效形式为螺纹缺损，从螺纹缺损形貌分析，可以断定螺纹缺损由高压钻井液冲刺造成。
2接头密封面损伤接头密封面损伤外观形貌如图5~6所示。
7组接头密封面存在图示的撕脱性损伤。
撕脱性损伤图5密封面撕脱性损伤一撕脱性损伤图6密封面撕脱性损伤二自图1所示的接头，按照《SY/T5290-2000石油钻杆接头》之规定，采取材质、机械性能、硬度及金相试样，逐个进行实验。
二、材质分析按照《SY/T5290-2000石油钻杆接头》取样后经直读光谱分析结果如下表1：《SY/T5290-2000石油钻杆接头》规定接头材质为合金钢，且对S，P作出规定，含量不超过0.030%，从检测结果看来，符合标准要求。
三、机械性能按照《SY/T5290-2000石油钻杆接头》取样后，依据《GB/T228金属拉伸试验法》进行试验测得结果如表2。
_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 "
Ф127mmS135钻杆接头外螺纹断裂失效分析
此 次外螺 纹断裂 的钻 杆为 中石化 ２０ ０６年集 中采 购
的 １ ７ ２ ｍｍ９ １ Ｓ ３ ． ９ １ ５斜 台肩 内涂 层钻 杆 ， 外螺 纹 接 内、
头体 各加 长 ５．ｍｍ， ０８ 外螺 纹 接头水 眼 为 ８． ｍｍ。 ２６ 该批钻 杆共 到货 ６０根 ，０ ７年 到货 后 ， 具 公 司 ２ ２０ 管 按标 准对该批 钻杆 进行 了抽 检 ， 检结果 符合 相关 的标 抽
准要 求 。
２０ ０８年 ７月配 套 井 队使 用 ， 生 断 裂 时 为 该 批 钻 发 杆承钻 的第一 口井 。
２ 断 裂失效 分析 ２ １ 宏 观断 口分析 ．
断裂失 效 钻杆断 裂 位 置为 钻 杆 接 头外 螺 纹 台肩 面 根部 。 观察钻 杆接 头断 口形貌 可 以看 出 ， 口表面 存在多 断 个裂 纹源 区 ， 主裂 纹源 区及大 部分 扩展 区受 到严重 的钻
图 １ 断 口表面能谱分析
２ ３ 金 相组织 分析 ．
井液冲蚀 ， 已无法观察到原始形貌 ， 但后期产生的裂纹 及扩 展 区形 貌清 晰可见 ， 这些 裂纹 源 区都紧靠 接头 密封
在 失效 钻杆 接头 的断 口附近 取 样 进行 金 相 组 织 分 析 ， 析结果 见 表 １ 示 。断 口附近 组织 与基体 组织基 分 所
２ ４ 下 降 至 １ ８ 后 反 弹 回 ２ ６ ， 断 未 坐 挂 。 上 提 １ｔ ７ｔ ０ ｔ判 １ ５ ． ｍ 过 程 中 ， 重上 升 至 ２ ２ ， ． ～２ ０ 悬 １ ｔ 钻具 震 动 ， 重 悬
下降 至 １４， ０ ｔ判断 钻杆 断裂 。２ ５日起 钻 完 ， 现 钻杆 外 发 螺纹根 部断裂 ， 鱼顶 ２ １ ． ３ ９ ５ １ ｍ。
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。
工程用钻杆螺纹断裂失效研究
ｚ，膨ｅｄ“，以ｅｒ ０ｃｔｕ以埘Ｄ庙如础．胃缸ｅｄ ｏ儿ｎ，ｌ眈眈ｍｅｍ肘ｅ￡危Ｄｄ，ｆｋ ｃＤｎ６∞￡疗ｎ娩ｅ如，聊眦，∞ｄｅＺ ｏ厂ｄｒ珊ｉ粥
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图７断件微观形貌
图８断件微观腐蚀坑
安全系数为１．３２，仍然偏低。 ４．４失效原因分析
通过对钻杆螺纹进行强度分析和材质分析，找出钻杆螺纹失 效原因如下。 ４．４．１应力集中
根据钻杆接头螺纹原始模型有限元分析结果表明，在公扣第 一螺纹牙处根部受到严重的应力集中，极容易引起疲劳破坏。 ４．４．２热处理工艺不稳定
１５２ 文章编号：１００ｌ一３９９７（２００９）１２．０１５２－０３
机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅ《ｇｎ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
第１２期 ２００９年１２月
工程用钻杆螺纹断裂失效研究
管朝晖杨斌 （重庆钢铁股份有限公司，重庆４０００８２） Ｆｒａｃｔｕｒｅ ｆａｊＩｕｒｅ ａｎａＩｙｓｉｓ ０ｆ ｔｈｅ ｄｒｉ¨ｉｎｇ ｐｉｐｅ ｔｈｒｅａｄ ｕｓｅｄ ｉｎ ｅｎｇｉｎｅｅ ｒｉｎｇ
２石晓兵，施太和．一种新璋！钻柱稳定器连接螺纹减应力区的研究［Ｊ］．天然 气工业，２００２，２２（２）：４８巧Ｏ
大直径天井钻机钻杆螺纹失效分析及改进措施
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
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。
丝扣连接类钻杆出现接头断裂常见原因分析
丝扣连接类钻杆出现接头断裂常见原因分析在石油开采、煤矿开采等行业中，钻杆作为钻井设备中的关键部件，承担着承载钻头、传递钻掌力等重要作用。
但在使用过程中，钻杆出现接头断裂是常见的故障之一，不仅会影响生产进度，甚至还可能造成人员伤害和财产损失。
本文将从钻杆接头设计、材料选用、制造加工和使用管理等方面分析丝扣连接类钻杆出现接头断裂的常见原因。
一、钻杆接头设计原因1.接头连接方式不合理钻杆接头的连接方式有丝扣连接、套头连接、滑动连接等。
对于丝扣连接类钻杆而言，如果接头连接方式不合理，就容易导致接头断裂的故障。
如接头螺纹形状和尺寸不符合规范，导致丝扣效果不好；或者接头设计时未考虑到材料疲劳的问题，导致接头疲劳寿命不足等等。
2.接头材料不适合接头材料应根据钻杆的工作环境、工作强度等作出选择。
如果材料不适合，则会导致接头强度不足、接头表面粗糙、接头易磨损等问题，从而导致接头断裂故障的发生。
二、钻杆材料选用原因1.材料质量不合格作为钻杆这种关键部件，材料的质量非常重要。
如果材料质量不合格，容易导致材料中存在缺陷、气孔等不良问题，劣质材料的钻杆易出现断裂故障。
2.材料强度不足钻杆要承受较大的压力和扭矩，如果材料强度不足，则无法达到要求的工作强度，容易出现钻杆折断等严重问题。
三、钻杆制造加工原因1.工艺不规范钻杆加工过程中，若加工工艺不规范、操作不当，将会导致钻杆中出现材料疲劳、过热产生渗碳等不良情况，从而对钻杆的使用寿命产生严重影响，直接导致钻杆接头断裂的出现。
2.检测不严谨在钻杆制造过程中，X光探伤和磁粉探伤是非常常见的检测手段。
如果检测不严谨，将会存在缺陷漏测等问题，从而对钻杆质量产生影响，增加断裂故障的风险。
四、钻杆使用管理原因1.使用寿命不足如果钻杆的使用寿命到期之后，仍然继续使用，就会导致断裂故障的风险增大，造成严重安全事故。
2.过度损耗钻杆的损耗是不可避免的，但如果损耗过度，则会导致钻杆故障的发生。
所以，对钻杆的使用过程进行科学规范的管理，对于延长钻杆的使用寿命和减少故障的发生具有重要意义。
螺杆钻具传动轴断裂失效分析
Ni 1.48
1.25 － 1.65
Mo 0.17
0.15 － 0.25
表 2 非金属夹杂物
编号
1# 2# 标准
非金属夹杂物评级
A细
A粗
B细
B粗
C细
C粗
D细
D粗
Ds
1.0
0.5
1.0
0.5
0
0
1.0
2.5
2.5
1.0
0.5
1.0
0.5
0
0
1.0
0.5
1.0
2.0
1.0
2.0
1.5
1.5
1.0
1.5industry Nhomakorabea中石化江钻石油机械有限公司技术中心 基金项目：国家重大科技专项“深层页岩气开发关键装备与工具研 制——钻完井关键工具研制”（2016ZX05038 － 005）
影响力
真实度
行业关联度
吴 益 螺杆钻具传动轴断裂失效分析
采用断口宏微观分析、化学成分分析、金相分析、力学性能测试、 实际服役环境结合有限元分析对螺杆传动轴断裂失效的原因进行分析。 结果表明：螺杆传动轴发生的是旋转弯曲疲劳断裂；材质内部存在较大 不连续原材料缺陷促进了疲劳裂纹萌生，并导致最终断裂。
1.5
1.5
备注 Ds 类 70um
/ /
表 3 拉伸试验
试样编号 1 2 3
标准
原始标距 L0mm 50 50 50 50
原始直径 d0mm 9.98 10.00 10.01
10±0.03
拉伸试验（实验条件：GB/T 228.1 － 2010）
抗拉强度 RmN/mm2 1079
规定塑性延伸强度 RP0.2N/mm2 968
试论钻杆接头螺纹断裂失效分析
试论钻杆接头螺纹断裂失效分析发布时间：2021-03-16T11:38:05.330Z 来源：《中国科技信息》2021年2月作者：焦超[导读] 钻杆是钻柱重要的组成部分，主要用于传递动力，输送泥浆，需承受各种复杂交变的载荷，如拉压、扭、弯曲等应力，因此要求钻杆具有良好的抗扭和抗冲击性能及防腐能力，特别是深井，超深井中，对其钻杆质量要求更高。
钻杆在整个钻柱组合中占比超过90%，它数量最多，长度最大，所面临的失效风险也最大，因此有必要对钻杆螺纹断裂进行分析，以确定断裂主因，探寻解决途径，为钻杆结构优化，提高使用寿命，减少失效风险提供重要依据。
中石化西北油田分公司石油工程监督中心焦超摘要：钻杆是钻柱重要的组成部分，主要用于传递动力，输送泥浆，需承受各种复杂交变的载荷，如拉压、扭、弯曲等应力，因此要求钻杆具有良好的抗扭和抗冲击性能及防腐能力，特别是深井，超深井中，对其钻杆质量要求更高。
钻杆在整个钻柱组合中占比超过90%，它数量最多，长度最大，所面临的失效风险也最大，因此有必要对钻杆螺纹断裂进行分析，以确定断裂主因，探寻解决途径,为钻杆结构优化，提高使用寿命，减少失效风险提供重要依据。
关键词：钻杆接头；螺纹断裂；超深井；结构优化分析油田钻杆螺纹断裂失效行为，通过宏观分析、磁粉探伤、金相分析、理化性能测试等方法，系统的分析了作业工况下螺纹失效因素，钻杆材料为 S135 钢级，结果表明，在复杂的工况下和自身材质的影响，受到硫化氢的腐蚀，从而加速了钻杆螺纹的断裂，这种开裂为典型的硫化氢应力腐蚀开裂。
1.宏观分析（1）宏观外貌。
本次分析的断裂对象为钻杆双台肩螺纹，失效形式为公螺纹近根部位置断裂。
在现场对入井钻杆进行宏观分析取样时，发现公螺纹小端密封台肩面存在大量挤压变形，严重的甚至出现密封面开裂，大端主台肩密封面亦有轻微磨损，根据双台肩接头密封原理和现场发现的现象，可以明确作业过程中螺纹承受的扭矩较大，甚至超过了其屈服扭矩。
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。
工程用35CrMo钢钻杆螺纹断裂失效分析
工程用35CrMo钢钻杆螺纹断裂失效分析【摘要】应用Q8火花直读发射光谱仪、维氏硬度计、数显洛氏硬度计和金相显微镜，对工程用35CrMo钢钻杆螺纹断裂件的化学成分、维氏硬度、洛氏硬度、断口宏观形貌和微观组织进行了分析。
结果表明，断裂钻杆的化学成分符合标准要求；热处理工艺不稳定，出现非正常组织为钻杆断裂失效的主要原因，研究为进一步优化钻杆热处理工艺提供了重要依据，具有重要的理论意义及工程应用价值。
【关键词】35CrMo；钻杆；断裂；失效分析0 前言在经济飞速发展的今天，机械行业的发展也是日新月异，钻杆在日常石油生产活动中扮演着越来越重要的角色。
钻杆螺纹连接部位与钻杆本体相比，刚度较小，截面形状复杂，容易出现应力集中现象，是钻杆的薄弱部位容易引起断裂失效。
新疆某油田公司使用材质35CrMo钢的钻杆，在生产过程中出现螺纹部位断裂现象，为寻找钻杆螺纹断裂原因，本文对所提供的断裂钻杆件的化学成分、宏观形貌、维氏硬度、洛氏硬度和显微组织进行了分析测试，对钻杆螺纹处断裂原因进行了分析并提出了改进措施，研究为进一步优化钻杆生产工艺，提高钻杆使用寿命，减少钻杆失效事故提供了重要依据。
1 分析方法及结果1.1 钻杆化学成分分析断裂钻杆材质为35CrMo钢，执行标准为GB/T 3077-1999《合金结构钢》。
采用Q8火花直读发射光谱仪对断裂钻杆的化学成分进行分析，测试结果见表1，与GB/T 3077标准对照发现，断裂钻杆的化学成分的含量符合标准要求。
1.2断口的宏观形貌图1为现场截取断裂钻杆件试样，通过肉眼观察可以发现，断裂钻杆的螺纹部分有较严重的损伤，结构较粗糙，靠近螺纹根部的边缘较为平坦，螺纹面有大量腐蚀坑，说明腐蚀对裂纹的产生具有一定促进作用，同时断口宏观形貌以韧窝为主，显示韧性断裂的特征。
分析认为，这是钻杆松动后，内外螺纹产生了相对运动，反复撞击螺纹部分所致。
1.3 硬度试验截取断裂钻杆螺纹处不同部位用HRS-150型数显洛氏硬度计测量洛氏硬度，测试结果在27.8HRC～31.4HRC范围内，图纸要求硬度范围为24.5～31.5HRC，表明钻杆的硬度比较偏上限，同时硬度分散性较大，说明钻杆生产工艺的—致性较差。
钻具失效分析
• API BULLETIN 5C3
套管、油管、钻杆和管线管 性能计算公式公报
提供了不同管子性能的计
算公式及有关其它发展和应用
的资料。
钻具失效分析
•API RP 7A1 旋转台肩接 头螺纹脂试验推荐作法
规定了钻具螺纹脂的材 料和试验方法。
钻具失效分析
API标准级别
包含了绝大多数管材、工具的尺寸 规格、钢级，解决了互换性问题。
钻具失效分析
钻进过程中钻柱受力
中和点及附近受力 钻柱上不受拉力又不受压力的位置称为
中和点。中和点将钻柱分为下部钻柱和 上部钻柱。 钻头在井底工作不稳定和不均匀送钻操 作，会使中和点移动。 中和点受交变载荷。 钻压不超过钻铤重量的80％，保证中和 点在钻铤上。
钻具失效分析
下部钻柱受力 下部钻柱（钻铤）大部分重量施
钻具失效分析
油田失效统计（2002）
失 效次 数
180
160
155
140
120
100
80
60
40
37
20 1
0
接头
钻杆
钻铤
钻具名称
钻具失效分析
塔指钻具失效
会战初期震击器、钻具稳定器、 转换接头、钢丝绳、取心工具失 效事故多。
目前钻杆失效、工具等失效事故 多。
吊卡事故发生多起。
钻具失效分析
• 几种常见的钻具失效形式
钻具失效分析
• 177.8mm钻铤NC50接头 • 内径57.2mm
BSR=2.54:1 • 内径71.4mm
BSR=2.73:1
钻具失效分析
• 内径=100mm BSR=4.16:1
钻具失效分析
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钻杆螺纹断裂失效分析
鲍洪峰刘道喜
（无锡双马钻探工具有限公司技术研发中心 江苏 无锡 214000）
江苏钻通生产的X320型钻机中钻杆在使用一段时间，在钻杆螺纹处断裂。
为查明原因进行失效分析。
钻杆材料为42MnMo7，化学成分由厂家提供，有待进行复验。
钻杆规格：¢73*8*3000mm。
技术要求：钻杆整体进行调制处理，硬度30~35HRC。
抗拉强度：≧965Mpa，
屈服强度：≧865Mpa
钻杆结构及断裂位置如图1所示。
（图1）钻杆结构及断裂位置示意图
1、宏观分析
送检式样的宏观形貌如图2所示。
（图2）试样宏观形貌
从图2中看到断口在螺纹的第三级上，断口基本齐平与轴向垂直，无明显塑性形变痕迹，断口形貌如图3所示。
从图3中看到，断口的外圈有一个平台区，平台上可看到明显的贝纹线，这是疲劳裂纹扩展留下的痕迹，也是裂纹扩展时停歇后留下的痕迹，所以根据典型的贝纹线形貌可以确定，断口的断裂类型为疲劳断裂。
断裂过程为：在螺纹根部的一周都有疲劳裂纹源，一周的裂纹同时向轴心扩展，根据受力的大小反应出扩展的快慢，从图3看到，右侧的受力要偏大于左侧，因平面区域大，且疲劳扩展的贝纹线清晰可见。
当剩余直径的截面积承受不了工作载荷后，即发生最后的瞬时断裂，因为受到的是扭力，所以最后断裂区与轴向呈45度，并且断口粗糙。
各区的放大形貌如图4所示。
（图3）断口宏观形貌
从图3中可以看出公扣的牙底部份的储油空
（a）疲劳扩展区右侧
（b）疲劳扩展区左侧
（图4）断口局部放大形貌
2、显微分析
在图4a中红框位置取样，沿纵截面按照常规制样方法制样，进行显微组织分析。
式样的纵截面上即可看到其他螺纹根部也有宏观裂纹产生，如图5所示。
宏观裂纹长度大约为2~3mm。
从截取的试样上看到，断口处的螺纹顶部已被挤压磨损掉了，如图6所示。
（图5）螺纹根部宏观裂纹形貌
（图6）螺纹顶部磨损形貌
观察试样心部及表层显微组织均为回火索氏体组织，组织分布均匀，如图7所示。
心部组织形貌
表层组织形貌
（图7）试样显微组织形貌
（图8）微裂纹形貌
从图8中看到，微裂纹深度大致相同，深度在100微米左右，都是浅层裂纹，较深的裂纹是受力后扩展后造成的。
3、硬度试验
对试样进行洛氏硬度测试，测试结果见表1.
表1 洛氏硬度测试结果HRC
根据以上硬度测试结果，说明心部硬度符合技术要求，螺纹顶部表面的硬度有所升高说明螺纹处可能进行了表面处理。
4、综合分析
根据以上测试结果，可以得出零件的断裂类型为疲劳断裂，疲劳裂纹源产生在螺纹根部，显微分析证实在螺纹上有多处微裂纹，这些裂纹都可以形成疲劳源，或断裂的起点，只是根据微裂纹产生的位置是否受力大小而变化，如微裂纹处不受力，裂纹不会扩展；如微裂纹受力，当受力比较小时，就会产生疲劳裂纹扩展，直到剩余截面不能承受工作载荷时才会发生最后的一次性断裂。
如微裂纹处受力过大，超出零件的承受工作应力，微裂纹就会快速扩展发生一次性的过载断裂。
显而易见，本次零件的断裂为疲劳断裂，由此说明零件的工作应力不是很大的，只是当疲劳裂纹扩展一定截面后，剩余截面不能承受工作载荷时才发生了最后的断裂。
由此微裂纹的产生原因是本次疲劳断裂的主要因素，从图8的微裂纹形貌看应该为应力集中区形成的裂纹扩展，所有在螺纹根部的裂纹在受力后都有所扩展，因在螺纹侧面上的裂纹不受力，所以都没有扩展。
结论
（1）零件的断裂类型为疲劳断裂。
（2）公口螺纹根部往往是应力集中区，特别是根部螺纹小径处应力不易释放最终导至形成裂纹。
使用具有较好抗疲劳强度的材质；同时在螺纹根部设计应力减轻槽才是解决问题的关键。