顶驱主轴裂纹故障分析与建议.pdf

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1、化工设计通讯工艺与设备第43卷第12期ChemicalEngineeringDesignCommunicationsTechnologyandEquipment2017年12月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400042）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；冲击负载中图分类号：TE922文献标志码：A文章编

2、号：1003–6490（2017）12–0097–01AnalysisandSuggestiononCrackFailureofTopDriveSpindleXiangWei，WangYang-kaiAbstract：Inrecentyears，withtheuseofdrillingtopdrivemoreandmore，inordertofurtherreducetheuseofcost，domestictopdrivebegantotakeupalargeproportion，butthedomestictopd

3、riveinrecentyearstherearemorespindlecrackfractureaccident，Thecauseoftheaccidentanalysis，putforwardimprovementmeasures.Keywords：topdrive；spindle；crack；impactload为进一步提高钻井工程的安全性、加快钻井装备的自动3故障原因分析化、数字化，钻井施工越来越多队伍开始使用顶驱，从进口顶驱主轴接头螺纹在钻具的最顶端，拉伸负载最大，冲Varco、Canrig及Tesco顶驱到

4、国产北石、黑龙江景宏顶驱。击载荷，交变频繁受力，导致顶驱主轴接头最为关键。以上顶驱在自动化施工、钻具扭矩控制及井下作业安全方面优点几列主轴接头裂纹均为顶驱负荷最大最薄弱的环节——主轴极为突出。接头螺纹。裂纹多为主轴公扣径向螺纹裂纹，集中在螺纹齿1顶驱主轴损坏情况底应力集中部位。所以顶驱主轴失效主要原因是近几年钻井重庆钻井分公司自2007年使用顶驱起到2016年11月止，施工负载加大导致顶驱主轴承载能力（安全裕量）不足。分发生顶驱主轴事故有5起，具体情况见下：析影响顶驱主轴寿命的因素如下：1）2012年4月新深201井北

5、石顶驱主轴接头刺漏。3.1现场使用方面的因素对顶驱主轴的影响2）2015年7月永页1井景宏顶驱主轴探伤发现裂纹。超深井施工负荷大，钻具结构变化。近几年，很多井队3）2016年2月昆仑101井景宏顶驱主轴发现刺漏并检查逐步使用139.7mm的钻具代替原来的127.0mm的钻具，导致出裂纹。顶驱负载变大；井深结构也由原来的四开、五开制井深结构4）2016年4月顺北1-5井景宏顶驱主轴接头刺漏并检查发变为二开、三开制井深结构导致顶驱负载加大。现裂纹。冲击负载对顶驱主轴影响大，最近几年顶驱从开钻就开5）2016年10月马井1井

6、景宏顶驱主轴探伤发现裂纹。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以上主轴裂纹2-3项是同一台顶驱，而且永页1井、昆仑命影响大。101井、顺北1-5井发生故障顶驱为2014年出厂产品，施工不主轴频繁进行IBOP的拆卸更换影响接头寿命。到3口井，统计顶驱使用载荷最大为300t。上扣扭矩无法准确把握。主轴接头采用631扣型，外径为经咨询了解，广西钻井分公司3台北石顶驱探伤检测出主197mm接头，该处上扣扭矩要求为：最小为72kN·m，而实轴接头裂纹，更换过3根主轴。四川钻井分公司景宏顶驱出现际上扣扭矩为40kN

7、·m；顶驱最大瞬时扭矩也不能满足上卸扣过1次主轴接头刺漏故障。需求，再加上主轴的拉伸、弯曲应力导致主轴接头失效。以上数据表明，近几年使用的顶驱主轴发生故障基本上3.2顶驱主轴本身原因是国产顶驱。虽然从API加工工艺及材质等报告分析主轴无质量问题，2顶驱主轴故障现象但通过诸多国产顶驱主轴裂纹事故统计可以看出，国产500T重庆钻井分公司3起顶驱主轴事故在现场使用过程中，事顶驱主轴远远不能满足300t钻具动载荷的需求。大庆景宏及故苗头是主轴接头漏浆，进而检查出接头裂纹，另2起主轴裂北石顶驱负载安全裕量不足，还得依靠生产制造厂

8、进一步提纹是通过接头探伤发现。检查资料如下：高材料及加工工艺促进顶驱负载能力。4预防及改进措施缺陷位置工件部位编缺陷埋缺陷尺寸最高反射波返修结最终评号WorkpieceLocation藏深度HLength波幅及区域果Repair级Final备注4.1现场使用预防方面RemarksPositionNumberDep(mm)(mm)A