有关焊接修复钻杆的失效分析及预防措施

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1、学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)2010年6月第32卷第3期JournalofOilandGasTechnology(J．JPI)Jun．2010Vo1．32No．3焊接修复钻杆的失效分析及预防措施黄成，何元君(胜利石油管理局黄河钻井总公司，山东东营257000)唐洪发(川厌钻探工程有限公司培训f中心，四川成都610059)王晓晓(中国石油大学石油工程学院，山东青岛266555)[摘要]概述了摩擦焊修复钻杆的基本情况，通过对胜利油田16起修复钻杆的失效事故进行了统

2、计，分析发现修复钻杆管体失效事故7O发生在内加厚过渡区消失部位，失效原因是结构不合理造成应力集中，产生腐蚀疲劳。钻杆管体中部失效事故占30，失效原因是由于磨料磨损造成壁厚变薄及蚀坑造成的腐蚀共同作用的结果。针对修复钻杆失效的原因，提出了详尽的预防措施和方法。[关键词]摩擦焊修复钻杆；失效分析；预防；应力集中；腐蚀疲劳[中图分类号]TE28[文献标识码]A[文章编号]1000—9752(2010)O3一O312一O3钻杆摩擦对焊是利用钻杆管体与接头端面摩擦生热而融合粘结的一种热压焊接法Ⅲ。我国通过摩擦对

3、焊修复127mm钻杆已有十几年的历史。修复了大量的钻杆，解决了钻井急需，大大缓解了钻杆供求矛盾，在油田广泛使用，创造了很好的经济效益。对焊修复钻杆连续使用几年后相继出现了一些问题，如管体或内加厚过渡区部位刺穿、刺断等事故，造成了一定的损失。鉴于此，笔者对修复钻杆失效原因进行了研究分析，找出了解决措施。1对焊修复钻杆失效情况统计钻杆作为钻柱的重要组成部分在井下的受力十分复杂l2]。钻具涡动引起的钻柱与井壁间的摩擦和高频撞击，钻杆磨损现象十分严重，包括：管体均匀磨损、偏磨、内外表面腐蚀、硬伤等缺陷。如果这

4、样的钻杆再连续使用上万小时，累计进尺十多万米后，则很可能在薄弱位置发生刺穿、断裂事故。笔者对胜利油田近年来对焊钻杆管体发生了失效的事故进行了统计。统计的16起事故全部为管体事故，摩擦焊缝从未出现断裂事故，说明摩擦焊接及感应热处理质量是有保证的。事故中管体刺漏11次，占总数的70左右；管体断裂落井5次，占总数的30左右。事故发生在管体中间共5次，占总数的30左右；其余l1次事故全部发生在钻杆管体两端内加厚过渡区消失处往管体方向lOOmm范围内，占事故总数的7O左右。2．失效原因分析统计分析表明，钻杆失效

5、位置主要在2处，大部分发生在钻杆内加厚过渡区消失处往管体方向100mm范围内，少部分在管体中部。2．1钻杆内加厚过渡区消失部位失效原因分析1)结构不合理从11次钻杆失效位置分析发现，失效位置距吊卡台肩的距离虽不尽相同，但经解剖发现，此部位恰好在内加厚过渡区消失往管体方向lOOmm范围内。纵向剖开后，对该部位内加厚过渡区锥面长度内加厚过渡区和该锥面与管体交界处的曲率半径进行[收稿日期]2010—02一l0[作者简介]黄成(1974一)，男，1994年胜利石油学校毕业，工程师，现从事钻井管具的使用与维护工

6、作。学兔兔www.xuetutu.com第32卷第3期黄成等：焊接修复钻杆的失效分析及预防措施测量后发现，内加厚过渡区仅有3O～55mm长，有两根竞没有内加厚过渡区，而是直接过渡到管体，曲率半径R仅为50～100mm左右。资料表明，事故钻杆多是上世纪80年代进口的日本钢管(NKK)及西德曼内斯曼的产品而后在1997、1998年切头后重新对焊修复的钻杆。2)应力集中经西安石油管材所失效分析及试验研究已证实，该内加厚过渡区结构不合理，内加厚过渡区太短，曲率半径R太小。合理的结构应为内加厚过渡区≥100mm

7、，曲率半径R≥300mm。用四点弯曲疲劳试验和有限元方法对不同内加厚过渡区和R组合，对内加厚过渡区应力集中系数及疲劳寿命的影响的分析表明，内加厚过渡区越短、R越小，应力集中越严重，疲劳寿命越短。分析还表明，内加厚过渡区结构不合理不仅会产生严重的应力集中，而且还造成腐蚀集中，腐蚀集中与应力集中是密切相关的’。3)蚀坑形成由于切头对焊钻杆有很多已在厂区分层存放多年，钻杆内壁粘附的泥浆和腐蚀介质不易干燥，再加上风吹雨淋，内孔进入雨水而且涂层又早已脱落造成钻杆内壁下部产生一条腐蚀条带，从而布满了腐蚀坑。蚀坑在

8、该部位多连成片，在刺穿孔附近，蚀坑大且深。其中刺穿孑L(裂纹)处均是最大的蚀坑。而在距内加厚过渡区较远处，蚀坑分布则少而浅。钻杆外表面也有蚀坑，但相对少而小，且多未连成片。4)裂纹萌生从钻杆的受力来看，钻杆在钻进过程中，所承受的载荷主要有轴向拉伸、弯曲力矩、偏心力、扭矩，这些载荷大部分表现出疲劳载荷的特点。特别在钻斜井时，钻杆极易发生疲劳失效。在斜井段，由于重力和钻压作用，钻杆要弯曲成一定的弧度，大大增加了钻杆受到的疲劳载荷。同时由于钻杆内壁没有内涂层，