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鉆井過程中鉆桿損壞的原因

作者:金石恒泰時間：2018-09-13

滿地寶便攜式鉆機(jī)

一.振動、彎曲磨損

鉆桿柱達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速時，會時鉆桿發(fā)生振動，這個振動往往會造成鉆桿彎曲、過度磨損、迅速損傷和疲勞破壞。特別是鉆桿發(fā)生兩種類型振動（波節(jié)振動與彈簧擺型振動）重合時最為不利。臨界轉(zhuǎn)速隨鉆具的長度、鉆具尺寸、鉆鋌尺寸和井眼大小而變化。

二.拉伸破壞

拉伸破壞常發(fā)生在提拉被卡的鉆桿過程中。當(dāng)上提拉力超過屈服點(diǎn)時，在鉆桿壁的最弱部分或最小斷面處，會發(fā)生“細(xì)脖子”變形。如果上提拉力超過剛才的極限強(qiáng)度，則鉆桿將被拉斷。拉伸破壞一般發(fā)生在鉆柱的上部。因?yàn)樯喜裤@具既要承受壓力，又要承受鉆柱的重量。

三.疲勞破壞

疲勞破壞是鉆桿破壞中最常見的。疲勞破壞有三種基本類型：

1、純疲勞破壞

鉆桿要承受拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)和彎曲的周期性應(yīng)力。拉伸和彎曲是最危險的應(yīng)力。目前，鉆桿疲勞破壞的主要原因是鉆桿在彎曲井孔中旋轉(zhuǎn)時發(fā)生周期性應(yīng)力所致。在彎曲的井孔中，即使鉆鋌有足夠的厚度，仍然可能發(fā)生疲勞破壞，而且破壞的位置不一定。當(dāng)鉆桿發(fā)生彎曲時，鉆桿每旋轉(zhuǎn)一圈，其對應(yīng)的位置會由于重復(fù)性的受拉和受壓而產(chǎn)生周期性應(yīng)力�？拷@鋌以上的鉆桿最可能受到彎曲，因?yàn)殂@鋌具有較大的剛性，能抵抗彎曲，彎曲將發(fā)生在鉆鋌以上的鉆桿。同時鉆桿上的最大應(yīng)力發(fā)生于鉆桿加厚部位的末端，約距接頭50厘米的位置。如上所述，接頭不可能彎曲，彎曲只能發(fā)生在管壁較薄的鉆桿體上，在這斷面變化的位置，起到類似虎鉗固定的作用，使它成為彎曲力的支點(diǎn)。如果鉆桿在其全長上均勻地彎曲，則作用于鉆桿上的應(yīng)力會變得低一些，疲勞破壞的應(yīng)力周期數(shù)可以提高。

決定疲勞破壞的數(shù)值有：在鉆桿彎曲處，鉆桿承受的拉力負(fù)荷；鉆孔彎曲的嚴(yán)重程度；每段鉆桿在鉆孔彎曲處的重復(fù)應(yīng)力次數(shù)；鉆桿的尺寸及鋼材性能。由于鉆桿所承受的額拉力大小是疲勞破壞的關(guān)鍵，所以在深井中，上部的鉆孔彎曲往往成為疲勞破壞的因素。應(yīng)該指出，只要鉆桿通過了鉆孔彎曲處，即使拉力被消除了，積累疲勞損壞還是存在的，因此如果重復(fù)幾次通過鉆孔彎曲處，就有可能會使鉆桿發(fā)生疲勞破壞。同樣要看到，一根鉆桿在某一井內(nèi)即使沒有發(fā)生事故，但有可能已經(jīng)受到損傷。因此。當(dāng)它再用于同一口井或其他井時，雖然把它接在鉆柱頂部，即使作用于鉆桿上的彎曲應(yīng)力是在額定數(shù)值內(nèi)，也可能使它無法承受，以致造成事故。

此外，還有一些其他原因會造成純疲勞破壞的彎曲應(yīng)力。例如，任何一根彎曲鉆桿往往都是疲勞破壞的潛在因素。彎曲的方鉆桿會使轉(zhuǎn)盤以下第一根鉆桿彎曲，一旦這根鉆桿承受的應(yīng)力足夠大時，就會造成疲勞破壞。天車不對中，也會使鉆桿發(fā)生疲勞破壞，因?yàn)樗鼤诜姐@桿和鉆桿上造成彎曲應(yīng)力。

2、凹口疲勞破損

鉆桿表面的不完好，無論是機(jī)械加工形成的，還是冶金過程中形成的，都將大大地影響鉆桿的疲勞極限，其影響的程度取決于缺陷的位置、方向、形狀和數(shù)量。如果凹口位于鉆桿上的不是主要應(yīng)力作用的部位，則對疲勞破壞的影響較微。但是，如果凹口位于距接頭50厘米范圍內(nèi)，由于這個部位是鉆桿產(chǎn)生最大的彎曲應(yīng)力處，就會成為疲勞破壞的核心�？v向凹口能擴(kuò)散應(yīng)力而無危害。然而，一種即使是細(xì)微的但具有尖銳底角的刻痕，也會使應(yīng)力提高，而且導(dǎo)致破壞�，F(xiàn)將幾種可造成凹口疲勞破壞的鉆桿表面情況列舉如下：

（1）鋼印圖案所有橫向印痕都能成為應(yīng)力集中點(diǎn)。如果在鉆桿上的不合適位置打鋼印，則鋼印字體的橫向印痕和任意位置的標(biāo)記會成為鉆桿疲勞的起始部位。

不允許在鉆桿體上打印。標(biāo)記打在具有較大橫截面積的鉆桿加厚消失部位，能安全地吸收所產(chǎn)生的應(yīng)力。另外，可采用點(diǎn)印號以代替線印號，并使羅馬數(shù)字鋼印順著鉆桿縱向排列，也可起到安全標(biāo)記的效果。

（2）電弧燒傷如果用鉆桿作為接地用的搭鐵線，往往會使搭鐵桿和鐵軌間發(fā)生電弧而使鉆桿圓周上被燒傷，這些不易注意到的小凹坑雖然極微小，但在鉆桿上形成很寬的燒傷帶。具有玻璃硬脆性，非常容易加速疲勞破壞。

（3）膠皮護(hù)箍槽在鉆桿上的膠皮護(hù)箍頂部形成的圓周槽是凹口疲勞破壞的另一種原因。

（4）大鉗牙痕在鉆桿上的各種表面?zhèn)壑校筱Q牙痕是最常見和最嚴(yán)重的。但是由于它是縱向的，不與作用應(yīng)力同一方向，因此對疲勞破壞的危害不大。如果它稍微偏離于垂直方向，就極易形成應(yīng)力集中點(diǎn)。要把鉗子打在接頭上而不要打在鉆桿體上，因?yàn)樗锌赡軗p傷鉆桿。

（5）卡瓦傷痕轉(zhuǎn)盤卡瓦一般不會在鉆桿上留有損壞性的傷痕。但是如果卡瓦牙的加工不良，或操作不善，卡瓦牙會咬傷鉆桿。

（6）地層和井內(nèi)破碎金屬對鉆具表面的切割凹口鉆具在井內(nèi)旋轉(zhuǎn)，表面會與堅(jiān)硬的井壁地層相擦，以至留下圓周刻痕。這種刻痕往往呈三角形，在鉆桿和鉆鋌上均為常見。

3、腐蝕疲勞破壞

這種破壞是目前使鉆桿早起破壞的普遍原因。腐蝕可能以各種或數(shù)種綜合的破壞形式（侵蝕、磨壞、疲勞）造成極為嚴(yán)重的破壞。有時，幾種腐蝕形式會同時發(fā)生，但是一般說來，總是有一種腐蝕形式成為主要破壞原因。

（1）腐蝕劑影響鉆具鋼材的主要腐蝕劑有：氧氣、二氧化碳、硫化氫、溶解鹽類（氯化物、碳酸鹽和硫酸鈉、鈣、鎂）、各種酸類（甲酸、醋酸等）。

（2）影響腐蝕速率的因素

PH值低PH值的水基泥漿，會降低鉆具的疲勞壽命。PH值是控制腐蝕疲勞的主要因素，但是如何精確測定出足以預(yù)防疲勞破壞的最低PH值是困難的。許多使用者認(rèn)為，泥漿PH值低于9.5，會降低鉆具的疲勞壽命。

溫度絕大多數(shù)的腐蝕速率會隨溫度的增加而加快。

流速隨著泥漿流速的增加會加速腐蝕的速率。

不均勻性鋼材組分或微觀結(jié)構(gòu)的局部差異，會增加腐蝕速率。

高應(yīng)力一般在承受高應(yīng)力的部位比低應(yīng)力部位的腐蝕率快。

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