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钻柱失效分析及预防措施 钻柱失效分析及预防措施 一、钻柱失效概述 二、失效原因分析 三、预防措施 四、结束语 一、钻柱失效概述： 钻柱是石油钻井过程中的重要组成部分，其主要作用是连接钻头、施加钻压、传递扭矩、为钻井液流动提供通道等。由于石油钻井过程中钻柱所处环境非常恶劣，不仅受拉、压力，还要承受扭力、离心力及振动，同时受高速钻井液的冲刷及腐蚀，因此极易发生破坏失效，会为钻井生产带来极大的风险。钻柱失效又分为以下三种： 1.钻杆：钻杆失效事故占钻柱总失效事故的50%～60% ,钻杆主要失效形式是管体刺穿,其次是管体断裂、接头螺纹刺漏后的断裂。 2.钻铤：钻铤失效事故略低于钻杆失效事故,钻铤螺纹处断裂是钻铤的主要失效类型，失效的机理主要是疲劳断裂。 3.钻柱转换接头：钻柱转换接头失效数量相对钻杆和钻铤来说较少,主要失效类型为螺纹断裂和脱扣。 二、失效原因分析： 钻柱失效的原因有多种多样，大体包括四种： 1、材料因素 2、环境因素 3、力学因素 4、其他因素 每种因素又是因为许多小的原因造成的，下面就为大家一一介绍。 二、失效原因分析： 1、材料因素： 失效分析表明,大部分失效事故与钻柱质量有关。其中的问题很多，比较突出的有以下几个问题: (1) 钻杆内加厚过渡区结构不合理。失效分析和试验研究已证实,内加厚过渡区结构不合理(Miu太短, R 太小) 是钻杆在该部位失效的主要原因。 (2) 钻杆接头、钻铤、转换接头韧性差。 (3) 螺纹加工质量差。如螺纹根部圆角半径过小,不符合API 标准要求,导致严重的应力集中。 (4) 强度指标不合格。 二、失效原因分析： 2、环境因素： （1）钻井液：钻井液种类、pH 值、固相含量、流速、温度和扰动情况等都对钻柱失效有不同程度的影响。 各类钻井液腐蚀性的大致顺序为:充气海水钻井液(KCl 聚合物钻井液、低pH 值聚合物钻井液、H2S 污染钻井液) 低pH 值天然钻井液(淡盐水钻井液、淡水钻井液) 高pH 值天然钻井液(石灰液钻井液) 高分散性钻井液(水包油钻井液、饱和盐水钻井液) 缓蚀剂处理的钻井液(油基钻井液) 。 此外pH 值偏酸性、固相含量增多、流速越快、温度越高、扰动越厉害,则钻柱腐蚀越明显。 二、失效原因分析： 2、环境因素： （2）溶解氧：氧是一种阴极去极化剂,在钻井过程中,钻井液循环系统是完全开放的,大气中的氧以及地表、地下水中的氧会通过泥浆罐、泥浆泵等设备在钻井液的循环过程中混入其中成为游离氧，氧含量增加,氧对金属钢片的腐蚀加剧,腐蚀产物为黑色致密的Fe3O4 和红色酥松的Fe2O3 等化合物。 （3）二氧化碳气体：CO2 腐蚀是一种典型的局部腐蚀，其影响也是不可忽视的。不同温度下,CO2的腐蚀情况不同，几种典型井下管材钢的平均腐蚀速率结果表明,在80 ℃左右,腐蚀速率最大 。 二、失效原因分析： 2、环境因素： （4）硫化氢气体：钻井液中硫化氢的存在,特别是在交变应力作用下容易引起钻柱的应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳断裂,随钻井液中硫化氢含量升高,钻柱的腐蚀疲劳寿命显著降低。 （5）其它腐蚀介质：包括氯离子 、硫酸根离子 、钙离子 、碳酸根离子 、碳酸氢根离子 等, 其中以氯离子的影响最为显著。由于氯离子半径小、穿透能力强,容易透过钻柱构件表面膜内极小的孔隙,直接与金属接触。氯离子本身并没有腐蚀作用,但氯离子有催化、促进腐蚀的作用。 二、失效原因分析： 3、力学因素： （1）轴向拉伸载荷：实验证明如果在旋转的弯曲钻杆上增大轴向拉力即平均应力,钻杆抗腐蚀疲劳性能下降,因为轴向拉伸载荷的作用使弯曲拉应力循环的压应力减少,而拉应力加大。轴向拉伸载荷是钻柱上部钻杆腐蚀疲劳失效不可忽视的影响因素。 　 （2）偏磨钻柱在井眼中旋转运动是一个复杂问题,一般认为井下钻柱旋转时存在自转、公转、自转和公转共存三种形式。自转引起钻柱的均匀磨损,公转引起钻柱的偏磨,磨损后的钻杆几何尺寸影响着机械性能。 （3）钻井工况比如井斜角、方位角变化的影响。钻井过程中因地质、操作等复杂因素井身多有弯斜和方位变化,形成所谓“狗腿”。“狗腿”越严重,意味着钻杆承受弯曲交变载荷越大,从而降低钻杆的腐蚀疲劳寿命。随着钻井向水平井、定向井方向的发展,其腐蚀疲劳越来越严重。 二、失效原因分析： 4、其他因素： 其