鉆桿失效分析05755

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1、地質(zhì)鈷桿工作環(huán)境惡劣，工作環(huán)境差易磨損、易腐蝕、易疲勞綜合力學(xué)要求高。鉆桿失效形式主要是鉆桿的斷裂。鉆桿在導(dǎo)向、定向鉆進(jìn)過程中一但斷裂,將會(huì)對工程造成嚴(yán)重影響，不僅是經(jīng)濟(jì)上的巨大損失，而且影響工期，失去信譽(yù),后果不堪設(shè)想。因此，作為施工個(gè)人或企業(yè)，一定要學(xué)會(huì)如何正確地選擇和使用鉆桿；而作為鉆桿生產(chǎn)廠家，要知道各種開挖或非開挖工程對鉆桿的特殊要求,生產(chǎn)出高強(qiáng)度、高韌性和高可靠性的鉆桿。地址鉆桿失效原因我們可從兩方面來分析，人為因素和鉆桿本身存在的缺陷，鉆桿本身的缺陷又分設(shè)計(jì)缺陷和材料本身存在的缺陷。鉆桿在導(dǎo)向、定向鉆進(jìn)時(shí)往往在受到較大拉力和扭力作用的同時(shí)，還受到彎

2、曲力的作用。鉆桿通過曲線段時(shí)，鉆桿被迫彎曲，弧線內(nèi)側(cè)受壓應(yīng)力作用，弧線外側(cè)受拉應(yīng)力作用。當(dāng)鉆桿在曲線段旋轉(zhuǎn)時(shí)，桿體就受到拉壓交變應(yīng)力的作力，而鉆孔曲率半徑越小交變應(yīng)力就越大。研究表明這個(gè)交變應(yīng)力達(dá)到一定值后，就極容易使鉆桿產(chǎn)生疲勞裂紋。鉆桿剛開始產(chǎn)生的疲勞裂紋疲勞裂紋非常微小，肉眼很難發(fā)現(xiàn)，但疲勞裂紋發(fā)展速度極快，最后表現(xiàn)為突然的脆性斷裂。試驗(yàn)證明，鉆桿受交變應(yīng)力作用而疲勞斷裂是鉆桿斷裂失效的主要原因。施工隊(duì)伍有很多是經(jīng)驗(yàn)豐富素質(zhì)高的專業(yè)公司，也有臨時(shí)拼湊起來的沒有任何施工經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的隊(duì)伍，他們往往連鉆桿（或鉆孔）的曲率半徑都沒聽說過，不太了解地址鉆桿的特性是造

3、成鉆桿斷裂的人為方面的主要原因。這要通過學(xué)習(xí)和培訓(xùn)加規(guī)范施工來解決。下表中列出來地質(zhì)鉆桿失效的部位和表現(xiàn)形式及原因。表一失效名稱表現(xiàn)形式失效原因操作原因鉆桿自身原因公扣根部斷裂斷口較平整，無塑性變形1.曲率半徑過小2.擴(kuò)孔鉆頭與正常鉆桿間未連接過度桿1.氮化層太厚2.無應(yīng)力減輕槽3.調(diào)質(zhì)處理硬度太高斷口呈螺旋狀，有局部塑性變形施加的扭矩過大1.接頭材料強(qiáng)度低2.調(diào)質(zhì)處理硬度太低斷口處有縮徑施加的拉力過大桿體斷裂斷口較平整，無塑性變形1.率半徑過小2.擴(kuò)孔鉆頭與正常鉆桿間未連接過度桿桿體材料韌性差桿體有嚴(yán)重劃痕4斷口呈螺旋狀，有局部塑性變形施加的扭矩過大1.接頭材

4、料強(qiáng)度低2.調(diào)質(zhì)處理硬度太低斷口處有縮徑施加的拉力過大桿體磨損變薄桿體至接頭過渡段斷裂摩擦焊口處斷焊口處未加厚摩擦焊接工藝不對桿體彎曲變形有不可恢復(fù)的彎曲變形1.施工導(dǎo)向孔時(shí)鉆桿處于自由狀態(tài)的長度過長2.孔內(nèi)遇較大障礙物桿體材料剛性差絲扣嚴(yán)重變形絲扣齒形變形嚴(yán)重，公母扣旋合變松，甚至脫扣所受負(fù)荷過大未使用絲扣油絲扣部分調(diào)質(zhì)硬度過低，未做硬化處理粘扣上扣時(shí)有冒煙現(xiàn)象，卸扣扭矩大，扣面有削落現(xiàn)象未使用合格絲扣油絲扣硬化處理不合格扣面光潔度低母扣漲大母扣呈喇叭口狀擴(kuò)大母接頭磨損過度受扭矩過大非“雙頂”結(jié)構(gòu)三、避免鉆桿非正常失效的措施鉆桿的基本力學(xué)工況鉆桿在內(nèi)外充滿鉆井

5、液的狹長井眼里工作，通常承受壓、彎、扭、液力等載荷。如果鉆桿所受應(yīng)力小于每平方米206.8牛頓時(shí)，鉆桿雖經(jīng)過無數(shù)次的彎曲，也不會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋。鉆井時(shí)鉆桿承受彎曲、扭轉(zhuǎn)和拉伸應(yīng)力組成的復(fù)合應(yīng)力很大，特別是在大位移定向井及水平井中扭矩極大，鉆桿在100萬次彎曲次數(shù)時(shí)便產(chǎn)生疲勞微裂紋；微裂紋產(chǎn)生后便不斷擴(kuò)大延伸，此時(shí)如果具有腐蝕作用的高壓鉆井液進(jìn)入微裂紋中，就會(huì)加速裂紋擴(kuò)展，最終導(dǎo)致鉆井液刺穿鉆桿的失效事故。刺穿發(fā)展的結(jié)果，使鉆桿有效斷面不斷縮小，刺孔加裂紋的總長度超過其臨界裂紋尺寸時(shí)，即發(fā)生斷裂。除旋轉(zhuǎn)向下的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還有鉆桿的各種振動(dòng)和渦動(dòng)。根據(jù)鉆桿的失效原因分析

6、，鉆桿除正常磨損而失效外，鉆桿的非正常失效原因可分為為兩個(gè)方而：工人操作原因和鉆桿自身質(zhì)量原因。因此，我們可以從提高鉆桿質(zhì)M和規(guī)范操作兩方而來避免鉆桿非正常失效。1.提高鉆桿質(zhì)量(1)鉆桿材料選擇：為適應(yīng)鉆桿的受力分析，鉆桿桿體應(yīng)有較高的抗拉強(qiáng)度、較好抗彎性能和較好的沖擊韌性。桿體材料應(yīng)選擇中碳合金結(jié)構(gòu)無縫鋼管，合金元素中應(yīng)含有較多的Cr、Mo等元素以提高材料的抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性，含有Mn、Si等元素以提高材料的彈性4(即抗彎性能）。有時(shí)還含有微量的B、V等元素以提高材料的淬透性。常用的桿體材料有:36Mn2V>35CrMo>42MnMo7>35CrMnSi、4

7、5MnMoB等。用于桿體的無縫鋼管的壁厚均勻度和軋制缺陷也是影響鉆桿質(zhì)fi的重要因素。如軋制的鋼管壁厚均勻情況嚴(yán)重，當(dāng)鉆桿較大的扭力作用時(shí)，容易在壁厚較薄處縱向裂開。有的鋼管有重皮、氣孔等缺陷，鉆桿易從此處產(chǎn)生應(yīng)力集中斷裂或刺漏。鉆桿接頭受力最為復(fù)雜，接頭材料須有很高綜合機(jī)械性能。鉆桿接頭多采用35CrMo或42CrMo.30CrMnSiA棒料制造，但經(jīng)過鍛造的接頭材料能大大提高其綜合機(jī)械性能。(2)加工工藝選擇：目前國內(nèi)鉆桿從加工工藝分主要有整體鍛造鉆桿（簡稱整體鉆桿）、鐓粗+摩擦焊鉆桿（簡稱鐓焊鉆桿）和單純摩擦焊鉆桿（簡稱摩擦焊鉆桿）。三種鉆桿的優(yōu)缺點(diǎn)比較如

8、表二。表二性能、價(jià)格摩擦