方钻杆内螺纹接头刺漏原因分析

某 钻井 队在使 用全新 １ ３ ３ ３ ． ５ｍｍ 四方 钻杆 钻井 过程 中， 方钻杆 内螺纹接头发生 刺穿失 效 。刺 穿部位 距 内螺纹接 头 台肩面 １ ０ｍｌ， ２ Ｔ 使用磁 粉 探伤可 清 晰 ｌ 地看 见方钻 杆本 体外 表面存 在 裂纹 ， 纹长 ８ 裂 ０ｍｍ， 同时用超声 波探 伤仪检测 ， 显示 接头本 体有 ３ ４圈存 ／ 在裂纹 。该方 钻杆从进货 到发现刺穿 仅 ２ 月 ， 出 个 找 方钻杆 内螺纹接头在如此 短时间 内发 生刺漏 的原 因 ，
产物 。
Ｍｎ
纹不 断扩 展并 向接 头外壁 延伸 ， 最终 将穿 透壁 厚 ， 造 成刺 穿失 效 。发生 刺 漏 的第 １ 螺 纹 根 部 及 产 生 ５扣
裂 纹 的第 １ ～ １ 扣 螺纹 根部 正是 位于 此 区域附 近 。 ２ ４
・
另 外 ， 面 的变化 ， 截 会使 内螺 纹接头 的最 后几 扣
１ ３ 力 学 性 能 ．
根据 ＡＰ Ｐ Ｃ ７ ＩＳ Ｅ ～１的规定 ， 在样 品上 取 样做
拉伸 、 冲击 和硬 度试 验 。 拉伸试 样 标距 内直径 为 １ ． Ｄ 标距 内长 度 ２ ７ｍｉ ， ＿ 为 ５ ． Ｏ ８ｍｍ。硬 度试 样 为纵 向 ， 纵 截 面上 取 三 点 在 进行 布 氏硬度 测试 。夏 比冲击 试 样 为 纵 向 ， 寸 为 尺
限在 这一 扣 螺 纹根 部 ，
从 刺 穿 部 位 起 ， 纹 沿 裂 外 表 面 周 向 延 伸 约 ２ 图 ２ 刺漏处裂纹宏观形貌 ０
・
１０ ・ ０
《 技术 新工 艺》・ 新 兵器 工 业技术 交流 ２ １ ０ １年 第 １ 期 ２
展 的形 貌 可判 断裂 纹 是 由于 疲 劳 损 伤造 成 ， 与金 相
ｍｍ， 开试 样 ， 现裂 纹 在 螺纹 根 部 沿 接 头 周 向延 切 发
伸约 ９ ０ｍｍ。
１ ２ 化 学 成 分 ．
从 样 品上取 样 进 行 化 学 成 分 分 析 ， 果 如 表 １ 结
所示 。
表 １ 方 钻 杆 内螺 纹 接 头 化 学 成 分
Ｃ
０ ４ ． ５
Ａｎａ ｙ ｉ ｆａ Ｋｅ ｌ ｘ Ｗ ａ ｈｏ ｔＣａｕ ｅ ｌ ｓｓｏ ｌｙ Ｂｏ ｓ ｕ ｓｓ
ＺＨ Ａ Ｎ Ｇ Ｃｈｕ ｎｗａ ， ｎ ＳＨ ＩＬｉｏｎ ，Ｙ Ｕ ｘｉ ， Ａ Ｎ Ｇ ｕｉ ｉ ， ｙ ｇ Ｙａ ｎ Ｗ Ｈ ｍ ｎｇ ＹＡ Ｏ ｌ Ｙａ ｉ
力集 中严重 处发 生疲 劳失 效 的主要原 因。泥浆 的腐
蚀和 冲击作 用加 剧 了方 钻 杆 内螺 纹接 头最 末几 扣螺
纹根部 的应 力集 中。
４ ）建议 钻井过 程 中避免振 动 发生 。
但 发生失 效 的方钻 杆 内螺 纹接 头位 于 转 盘 上方 ， 基
本 不承受 扭矩 ， 且 由于方 钻 杆 下 方 的外 螺 纹 接头 并 处 固定 ， 方钻 杆 内螺 纹接 头 上 承 受 的拉 力 基 本 也可 以忽略不 计 。因此 ， 方钻 杆 失 效 部 位 的拉 力 和 扭力
载荷 作用下 ， 区域 附近 的 螺纹 根 部 很 容 易 产 生疲 此 劳裂 纹 。交变 应力 作 用下 ， 力集 中最 严 重 处 的裂 应
成 分分 析 ， 中含 有 Ｏ、 、 、 、 ｉＳ Ｃ 、 Ｋ、 其 Ｎａ Ｍｇ Ａ１Ｓ、 、 １Ｃ、
Ｃ 、 ａＦ ａ Ｂ 、 ｅ等 元 素 ， 结果 如 图 １ Ｏ所示 。根 据 元 素 成 分 及含 量判 断 ， 面附 着 物 为钻 井 泥 浆 和 少量 腐 蚀 表
螺 纹受 到高 压泥 浆 的涡 流 冲 击 ， 且 泥 浆 中存 在 的 并
溶 解氧 以及 氯离 子对 螺 纹 内 表 面 的腐 蚀 （ 由前 述 能 谱 分析 结果 可知 ） 也会加 剧螺 纹根 部 的应 力集 中 。
３ 结语
艇
Ｄ 一
随慧程 ５８ ７ｅ 光 标 ：Ｏ０ ０ ５ ｔ ａ ．０
可 以忽 略 。
电 出 版 社 ，０ ４ ２０．
（ ）
Ｍｏ
０ ２ ． １
Ｓ
０ ０ ４２ ． ０
Ｐ
０ ０ １ ． １
Ｓｉ
０． ５ ２
Ｍｎ
１１ ． ４
Ｃｒ
１ ０ ． ８
Ｎｉ
０ ０ ６ ． ４
可 以为 四方钻杆的使用及 维护提供借鉴 。
１ 理 化 检 验 与 结 果
１ １ 宏 观 断 口分 析 ．
方钻 杆 内螺 纹接 头 刺 漏 原 因 分析
张春 婉 史 李 镛 喻 亚 新 王 惠 铭。 姚 亚 丽 ， ， ，
（ ．西 安 摩 尔 石 油 工程 实验 室 ， 西 西 安 ７０ ６ ；．山西 北 方 风 雷工 业集 团有 限公 司 ， １ 陕 １０５２ 山西 侯 马 ０ ３ １） ４ ０ ３
１ ｍ ×１ ｍ ×５ ｍ 。 ０ｍ ０ｍ ５ｍ
样品为方钻杆 内 螺纹 接 头 的一 部 分 ， 图 １ 图 ２为其 宏 观形 、
貌 。接 头 从 台 肩 面 起
第 １～１ ５ ８扣 发 生 严
上述 拉伸 、 度 、 硬 冲击 试 验 温 度 均 为室 温 ， 验 试 结果 如表 ２ 表 ３ 示 。 、 所
ｎ ｌ ｓｓ ａ ｙ ｉ ，ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｅ ｔ ｎ ｒ ｃ ｕ ｅａ ａｙ ｉ．Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔ ａ ｉ ｕ ａ ｐ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ｎ ａ ｉ ｕ ｒ ｃ ｘ ｃ ａ ｉａ ｓ ｄ ｆ ａ ｔ ｒ ｎ ｌ ｓｓ ｔ ａ ｅ ｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ａ ｔｇ ｅｈ ｐ ｅ ｅ ｏ ｔ ｅ ｋ ｌ ｂ ｘ ａ ｄ ｆ ｔ ｅ ｃ ａ ｋ ｅ — ｆ ｙ ｇ
一
冲击 实 验 结 果
／ ） … 一 … Ｊ （ 验值 平 均 值 … Ｊ ９ ０
≥ｓ
强 度 ａ １０ ０ ２
≥ Fra Baidu bibliotek
刺 穿 裂 纹 ， 纹 仅 局 裂
方 钻 杆 接 头
ＡＰ ｐ ｃ Ｉ ｅ Ｓ ７ １规 定
７５ ７
≥ 骼
１ ． ９ ，０ ８ ９５ ２ ９ ，８
生 ， 导致方 钻 杆 内螺 纹 接 头最 末 几 扣 螺 纹 根部 应 是
２ 分 析 讨 论
综 上分 析 ， 方 钻杆 内螺纹 接 头 的刺 穿 原 因是 此 发 生 了疲 劳失 效 。 从结 构上 讲 ， 方钻杆 位 于转盘 上方 ， 其下部 外螺 纹 接头 固定 ， 上部 内螺纹 接 头 通 过转 换 接 头 与水 龙 头 连接 。虽然 在钻 井过 程 中 ， 方钻杆 用 于传递 扭矩 ，
（ ． Ｘｉ ｎ Ｍ ａ ｒ ｒＰｅ ｒ ｌ ｕ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｂ ｒ ｔ ｒ １ ｕ ｅ ｔ ｏ ｅ ｍ ｇ ｎ ｅ ｉｇ Ｌａ ｏ ａ ｏ ｙ，Ｘｉ ｎ ７ ０ ６ ａ １ ０ ５，Ｃｈ ｎ ； ａ ｉ ａ ２ ．Ｓ ａ ｘ ｒｈ Ｆ ｎ ｌ ｉ ｎ ｕ ｔｉ ｓ（ ｏ ｐ Ｃ ． ｈｎｉ Ｎｏ ｔ ｅ ｇ ｅ Ｉ ｄ ｓ ｒ ｅ Ｇｒ ｕ ） ｏ ，Ｌ ｄ ｔ ．，Ｈｏ ｍａ ０ ３ １ ，Ｃｈ ｎ ） ｕ ４ ０ ３ ｉａ Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｒｅ ｓ ｎ ｆｋ ｌ ｏ ｓ ｏ ｔ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ ｂ ａ ｓｏ ｃ ｏ ｏ ｓ ｒ ａ ｉ ｎ，ｏ ｔｃ ｌ ｃ ｏ ｃ ｐ ，ｃ ｅ ｉａ — ａ ｏ ｓｏ ｅｌ ｂ ｘ ｗａ ｈ ｕ ｙ ｗｅ ｅ ａ ａｙ ｅ ｙ ｍｅ ｎ ｆ ｍａ ｒ ｂ ｅ ｖ ｔｏ ｐ ｉａ ｍｉ ｒ ｓ ｏ ｅ ｈ ｍ ｃ ｌ ａ
交变 弯曲应 力 ， 导致 方钻杆 内螺 纹接 头最 末几扣 螺 纹根 部 应力 集 中严 重 处发 生疲 劳失效 的主要 原 因。 是
关键 词 ： 钻杆 ； 方 内螺 纹 接 头 ； 劳 ； 漏 ； 动 ； 龙 头 甩 动 疲 刺 振 水
中图分 类号 ： １ ． ＴＧ １ １ ３
文 献标 志码 ： Ａ
分析 吻合 。 在样 品上 取包 含 完 整裂 纹 的小试 样 ， 裂 纹扩 沿 展方 向打开 ， 扫描 电镜 对打 开断 口进行 观察 ， 用 发现 断 口表 面被一 层厚 厚 的附 着 物所 覆 盖 ， 部 附 着物 局 剥 落 的地方露 出部 分基 体 。用能谱 仪对 附着 物进行
’ 一 。 ‘ … ‘ ’ 一 ’ ’ ’ ’ ２ ’ ’４ 、 ’ 。 ’ ９ ’’ § ‘ ’ ’
图 １ 断 口表 面 附 着 物 能 谱 分 析 结 果 Ｏ
最终穿 透壁 厚 ， 成接 头刺 漏 。 造
３ ）钻 井过 程 中的 振 动 及水 龙 头 转 动 过 程 中 的 甩动 引起 与 之 连 接 的 方 钻 杆 上 交 变 弯 曲 应 力 的产
ｔ ｎ ｉ ｇ ｔ ｈ ｕ ｅ ｕ ｆ ｃ ｄ ｔ ｈ ｓ ｏ ｔ ｅ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ ｏ ｔ ｒ ｓ ｒ ａ ｅ ｌ ｏ ｔ ｅ ｗａ ｈ ｕ ．Ｖｉ ｒ ｔ ｎ ａ ｄ ｓ ｎ ｆ ｗｉｅ ｎ ｒ ｔ ｔｎ ａｓ ｄ ｔ ｅａ ｔ ｒ ａ ｅ ｂ ｎ ｉｇ ｓ ｒ ｓ ｅ ｂ ａ ｉ ｎ ｗｉ ｇ ｏ ｖ ｌｉ ｏ ａ ｉ ｇ ｒ ｉｅ ｈ ｌｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｎ ｔｅ ｓ ｏ ｓ ｏ ｈ ｅｌ ｎ ｔ ｅｋ ｌ ｙ，ｗｈ ｃ ｒ ｈ ｉ ｅ ｓ ｎ ｏ ａ ｉ ｕ ｎ ｔ ｅ ｌ ｓ ｅ ｅ ａ ｈ ｅ ｄ ｒ ｏ ｓ ｏ ｅｌ ｏ ． ｉｈ ｗｅ ｅ ｔ ｅ ｍａ ｎ ｒ ａ ｏ ｆｆ ｔ ｅ ｏ ｈ ａ ｔ ｓ ｖ ｒ ｌ ｒ ａ ｏ ｔ ｆｋ ｌ ｂ ｘ ｇ ｔ ｙ Ｋｅ ｒ ｓ Ｋｅ ｌ ｏ ，Ｗ ａ ｈ ｕ ，Ｆ ｔ ｕ ，Ｐｉｒ ｉ ｇ ｃ ｕ ｅ ｅ ｋａ ｅ ｉ ｒ ｔ ｎ，Ｓ ｎ ｆｓ ｖ ｌ ｙ ｗｏ ｄ ： ｌ ｂ ｘ ｙ ｓ ｏ ｔ ａｉ ｅ ｇ ｅ ｃｎ — ａ ｓ ｄ ｌ ａ ｇ ，ｖ ｂ ａ ｉ ｏ ｗｉ ｇ ｏ ｗｉｅ
表 ２ 拉 伸 及 冲 击试 验 结 果
拉 伸 试 验 结 果
试 样
Ｒ。 ｏ
重腐 蚀 ， 他 部 位 尚 图 １ 六 工 位 机 械 手 动 作 位 置 其 覆 盖 着 螺 纹 脂 ， 腐 无
示 意 图
蚀 现象 ， 肩 面 完 好 ， 台 从
内螺 纹 接 头 的 台肩 面 起 第 １ ５扣 螺 纹 根 部 存 在
摘 要 ： 过宏 观观 察 、 通 显微 组 织观 察 、 学成 分分析 、 学性 能试验 和 断 口分 析 等 方法 ， 方钻 杆 内 化 力 对 螺 纹接 头的刺 漏原 因进行 了分析 。结 果表 明 ： 钻杆 内螺 纹接 头发 生 了疲 劳失 效 ， 劳 裂纹 不 断 扩展 至 方 疲 穿透壁厚 ， 成其发 生刺 漏 。钻具振 动及 水龙 头转 动过 程 中发 生 的甩 动 引起 与之 连接 的 方钻 杆 上产 生的 造
１ ． ８ｍｍ。当 内外螺 纹旋 合后 ， ５ ８ 内螺纹 最后 ２ 并 扣 未与外 螺纹 接触 ， 而是 直接 暴露 于泥 浆 中 ， 接头 截面
从 内外螺纹 共 同截 面 突变 为仅 有 内螺 纹 的截 面 ， 截
面面 积减小 ， 生应力 集 中 ， 产 在外 加振 动 引起 的弯 曲
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１ ）刺漏 方 钻 杆 内螺 纹 接头 的化 学 成 分 及 力 学
性 能均 满足 ＡＰ Ｐ Ｃ ７ 标 准 的规定 。 Ｉ Ｅ —１ Ｓ ２ ）刺 漏事 故 的 原 因 为 方钻 杆 内螺 纹 接 头 发 生 了疲劳 失效 ， 劳裂纹 不断 扩展并 向接 头外 壁延 伸 ， 疲