疲劳对钻具的影响

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一、疲劳对钻具的影响80%的钻具失效与疲劳有关。1.疲劳产生原因如果钻具发生弹性或塑性弯曲变形,钻具每旋转一圈都会产生一次应力,应力集中的管体或接头会逐渐形成微裂纹。钻具每旋转一圈,微裂纹就会扩散一点,如果没有及时发现,最终将导致钻具失效。钻具失效是一个持续的、逐步积累的过程。图14井身结构造成的钻具背弯(bend)(管体失效原因)图15钻压反作用力造成的钻杆和钻铤的S弯(buckle)(井底钻具螺纹失效原因)图16应力—时间周期性变化图2.如何降低疲劳(1)刚开始旋转钻具时,钻压要低(或增加井底钻具的重量),这样能减轻钻杆的S弯(图15)。(2)去除因吊卡牙等咬伤严重的钻具,这些咬伤部位是应力集中点。(3)在很硬的地层钻进时会产生振动,振动能导致钻具失效。通过合理设计井底钻具组合、降低钻压或转速,可减轻振动。 (1)控制泥浆腐蚀速度。泥浆腐蚀性越强,微裂纹生长越快。(2)通过其他方式降低钻杆弯曲度(狗腿度)井底钻组组合弯曲度。(3)通过使用MWD(随钻测量)监视和控制钻具振动。为井底钻具选择合适的抗弯强度比(BSR)来降低疲劳影响。(4)制造井底钻具时带有应力减轻结构(应力槽)。图17弯曲强度比图中英文意思:HIGHRISKOFPREMATUREBOXFAILURE:母接头更高的失效几率HIGHRISKOFPREMATUREPINFAILURE:公接头更高的失效几率BALLANCEDCONNECTION:螺纹平衡点MAXIMUMLIFE:最大寿命FATIGUELIFE:失效时间(周期)WEAKBOX:母接头薄弱WEAKPIN:公接头薄弱图18a:公接头带应力槽,母接头孔背结构图18b:公接头刺漏1. 1.应力减轻结构(图18a)由于井底钻具本身刚度大,未啮合(咬合)的螺纹往往成为周期性应力的集中点,应力在钻具转动时产生,在钻具受弯或振动时达到最大,按照标准尺寸加工的应力减轻结构去除了未啮合的螺纹。公接头应力减轻槽加工了一个较大的过渡半径,使得应力分布更加均匀。母接头应力减轻结构(boreback)加工了一个圆柱段,能增加高应力集中区域的弹性。图18b所示为随钻测量(MWD)工具的公接头,由于没有加工应力减轻槽,在最后的为啮合螺纹处产生疲劳裂纹,最终导致接头失效。所有大于NC38(含)的井底钻具都应该带APISpec7规定的应力减轻结构。

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