顶驱主轴裂纹故障分析与建议
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顶驱 主轴 裂纹故 障分析与建议
向 伟 ，汪阳凯
（ 中国石化西 南石油工程有 限公 司重庆钻 井分公 司 ，重庆 ４ ０ ０ ０ ４ ２ ）
摘 要： 近 几年 ，随着钻井顶驱使 用越 来越多 ，为进一 步降低 使用成本 ，国产顶驱 开始 占用很 大 比例 ，但 国产顶驱 出现主 轴裂纹断裂事故较多 ，因此 ，从主轴裂 纹事故 中分析原 因，提 出改进措 施。 关键词 ： 顶驱 ； 主轴 ； 裂纹 ；冲击 负载
出裂 纹 。
４ ）２ ０ １ ６ 年４ 月顺北 １ － ５ 井 景 宏 顶 驱 主 轴 接 头 刺 漏 并检 查发 现裂纹 。 ５ ）２ ０ １ ６ 年１ ０ 月 马井 １ 井 景 宏 项 驱 主 轴 探 伤 发 现裂 纹 。 以上主轴裂 纹 ２ ． ３ 项是 同一台顶驱 ，而且永 页 １ 井 、 昆仑 １ ０ １ 井、顺 北 １ － ５ 井发生 故障顶 驱为 ２ ０ １ ４ 年 出厂产 品，施工不 到 ３口井 ，统 计 顶 驱 使 用 载 荷 最 大 为 ３ ０ ０ ｔ 。 经 咨询 了解 ，广西钻井分 公司 ３ 台北 石项驱探伤检测 出主 轴接头裂纹 ，更换过 ３ 根 主 轴 。 四川 钻 井 分 公 司 景 宏 顶 驱 出现 过１ 次主轴接头刺漏故 障。 以上数据 表 明，近几年 使用 的顶 驱主轴 发生 故障 基本上 是 国产 顶 驱 。 ２ 顶 驱 主 轴 故 障 现 象 重庆钻 井分公司 ３ 起 顶 驱 主 轴 事 故在 现场 使 用 过 程 中 ，事 故 苗 头 是 主 轴接 头 漏 浆 ，进 而 检 查 出 接 头 裂 纹 ，另 ２ 起主轴裂 纹是通过接头探伤发现 。检查 资料 如下 ：
化
工
设
计
通
讯
工艺与设备
Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅｑ ｕ ｉ ｐｍｅ ｎ ｔ
第４ ３ 卷第ｌ ２ 期
２ ０ １ ７ 年１ ２ 月
Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｃｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ
为 进 一 步 提 高 钻 井 工 程 的 安 全 性 、 加 快 钻 井 装 备 的 自动 化 、数 字化 ，钻井 施工越 来越 多 队伍 开始 使用 顶驱 ，从进 口 Ｖ ａ ｒ ｃ ｏ 、Ｃ ａ ｎ ｒ ｉ ｇ及 Ｔ ｅ ｓ ｃ ｏ顶 驱 到 国 产 北 石 、 黑 龙 江 景 宏 顶 驱 。 顶 驱 在 自动 化 施 工 、 钻 具 扭 矩 控 制 及 井 下 作 业 安 全 方 面 优 点 极为突 出。 １ 顶 驱主轴损坏情况 重 庆 钻 井 分 公 司 自２ ０ ０ ７ 年使 用顶 驱起 到２ ０ １ ６ 年１ １ 月止 ， 发 生 顶 驱 主 轴 事 故有 ５ 起 ，具 体 情 况 见 下 ： １ ）２ ０ １ ２ 年４ 月新深 ２ ０ １ 井北石顶驱主轴接头刺漏 。 ２ ）２ ０ １ ５ 年７ 月永页 １ 井景宏顶驱主轴探伤发现裂纹 。 ３ ）２ ０ １ ６ 年２ 月 昆仑 １ ０ １ 井 景宏 顶驱 主轴 发现 刺漏 并检查
工件部位编 缺陷位置 缺 陷埋 缺陷尺寸 最高反 射波 返修结 最终评 号 Ｗｏ ｒ ｋｐ ｉ ｅ ｃ ｅ Ｌ ０ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ 藏深度 Ｈ Ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ 波 幅及 区域 果 Ｒ ｅ ｐ ａ ｉ ｒ 级 Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ 各注
３ 故 障原 因分 析 顶驱主 轴接 头螺 纹在钻 具 的最顶端 ，拉伸负 载最大 ，冲 击载荷 ，交变 频繁受 力 ，导致 顶驱 主轴接 头最为 关键 。以上 几 列 主 轴 接 头 裂 纹 均 为 顶 驱 负 荷 最 大 最 薄 弱 的 环 节 — — 主 轴 接 头 螺 纹 。 裂 纹 多 为 主 轴 公 扣 径 向 螺 纹 裂 纹 ， 集 中在 螺 纹 齿 底 应力 集 中部位 。所 以顶驱 主轴失 效主要 原因是近 几年钻 井 施工 负载加 大导致 顶驱主 轴承载 能力 （ 安 全裕量 ）不足 。分 析影 响项 驱主轴寿命的因素如下 ： ３ ． １ 现场 使用 方面 的 因素对 顶驱 主轴 的影 响 超深井 施 工负荷 大，钻 具结构 变化 。近 几年 ，很 多井 队 逐步使 用 １ ３ ９ ． ７ ｍｍ 的钻具代 替原 来的 １ ２ ７ ． ０ ｍｍ 的钻具 ，导 致 项驱 负载变 大 ； 井深 结构也 由原来 的 四开 、五开制井 深结 构 变为二开、三开制井深结构导致顶驱负载加大 。 冲 击 负 载 对 顶 驱 主 轴 影 响 大 ，最 近 几 年 顶 驱 从 开 钻 就 开 始 使 用 ，表 层 钻 井 施 工 的 冲 击 负 荷 对 顶 驱 主 轴 接 头 及 轴 承 寿 命影 响 大 。 主轴 频繁进行 Ｉ Ｂ Ｏ Ｐ的拆卸更换影响接头寿命 。 上扣扭矩无法准确把 握。主轴接头采用 ６ ３ １ 扣 型 ， 外径 为 １ ９ ７ ｍｍ 接头 ，该处上 扣扭矩 要求为 ：最小为 ７ ２ ｋ Ｎ・ ｍ，而 实 际上扣扭矩为４ ０ ｋ Ｎ－ ｍ； 顶驱最大瞬时扭矩也不能满足上卸扣 需求，再加上主轴的拉伸、弯 曲应力导致主轴接头失效。 ３ ． ２ 顶驱 主轴 本身 原 因 虽然从 Ａ Ｐ Ｉ 加工 工艺及材质等报 告分析主轴无质量 问题 ， 但 通 过 诸 多 国产 顶 驱 主 轴 裂 纹 事 故 统 计 可 以看 出 ， 国产 ５ ０ ０ Ｔ 顶驱主 轴远 远不 能满 足 ３ ０ ０ ｔ 钻 具动载 荷的需求 。大庆景宏 及 北 石 顶 驱 负 载 安 全 裕 量 不 足 ，还 得 依 靠 生 产 制 造 厂 进 一 步 提 高材料及加工工艺促进顶驱负载能力 。 ４ 预 防及 改进 措 施
中图分类号 ： Ｔ Ｅ ９ ２ ２ 文献标 志码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ３ － ６ ４ ９ ０（ ２ ０ １ ７ ）１ ２ ￣） ０ ９ ７ ４） １
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３ 故 障原 因分 析 顶驱主 轴接 头螺 纹在钻 具 的最顶端 ，拉伸负 载最大 ，冲 击载荷 ，交变 频繁受 力 ，导致 顶驱 主轴接 头最为 关键 。以上 几 列 主 轴 接 头 裂 纹 均 为 顶 驱 负 荷 最 大 最 薄 弱 的 环 节 — — 主 轴 接 头 螺 纹 。 裂 纹 多 为 主 轴 公 扣 径 向 螺 纹 裂 纹 ， 集 中在 螺 纹 齿 底 应力 集 中部位 。所 以顶驱 主轴失 效主要 原因是近 几年钻 井 施工 负载加 大导致 顶驱主 轴承载 能力 （ 安 全裕量 ）不足 。分 析影 响项 驱主轴寿命的因素如下 ： ３ ． １ 现场 使用 方面 的 因素对 顶驱 主轴 的影 响 超深井 施 工负荷 大，钻 具结构 变化 。近 几年 ，很 多井 队 逐步使 用 １ ３ ９ ． ７ ｍｍ 的钻具代 替原 来的 １ ２ ７ ． ０ ｍｍ 的钻具 ，导 致 项驱 负载变 大 ； 井深 结构也 由原来 的 四开 、五开制井 深结 构 变为二开、三开制井深结构导致顶驱负载加大 。 冲 击 负 载 对 顶 驱 主 轴 影 响 大 ，最 近 几 年 顶 驱 从 开 钻 就 开 始 使 用 ，表 层 钻 井 施 工 的 冲 击 负 荷 对 顶 驱 主 轴 接 头 及 轴 承 寿 命影 响 大 。 主轴 频繁进行 Ｉ Ｂ Ｏ Ｐ的拆卸更换影响接头寿命 。 上扣扭矩无法准确把 握。主轴接头采用 ６ ３ １ 扣 型 ， 外径 为 １ ９ ７ ｍｍ 接头 ，该处上 扣扭矩 要求为 ：最小为 ７ ２ ｋ Ｎ・ ｍ，而 实 际上扣扭矩为４ ０ ｋ Ｎ－ ｍ； 顶驱最大瞬时扭矩也不能满足上卸扣 需求，再加上主轴的拉伸、弯 曲应力导致主轴接头失效。 ３ ． ２ 顶驱 主轴 本身 原 因 虽然从 Ａ Ｐ Ｉ 加工 工艺及材质等报 告分析主轴无质量 问题 ， 但 通 过 诸 多 国产 顶 驱 主 轴 裂 纹 事 故 统 计 可 以看 出 ， 国产 ５ ０ ０ Ｔ 顶驱主 轴远 远不 能满 足 ３ ０ ０ ｔ 钻 具动载 荷的需求 。大庆景宏 及 北 石 顶 驱 负 载 安 全 裕 量 不 足 ，还 得 依 靠 生 产 制 造 厂 进 一 步 提 高材料及加工工艺促进顶驱负载能力 。 ４ 预 防及 改进 措 施
中图分类号 ： Ｔ Ｅ ９ ２ ２ 文献标 志码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ３ － ６ ４ ９ ０（ ２ ０ １ ７ ）１ ２ ￣） ０ ９ ７ ４） １
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