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浅谈石油钻杆的应力失效

发布时间:2018-10-19

来源:/news/258.html

石油钻杆在钻井中是传递动力的主要工具,在摩擦碰撞下,易出现钻柱裂纹成核、扩展、刺漏以致穿孔和断裂。钻杆的材料一般为抗硫材料、铝合金材料、钛合金材料、超高强度钢及新型碳纤维复合材料、凯夫拉材料等,这些材料才抗腐蚀、刚磨损、抗疲劳等方面各有所不同,下面让我们看看石油钻杆出现的应力失效断裂进行分析:
1.钻杆失效分析的作用 

失效分析是判断钻杆失效形式、分析失效原因、研究失效处理方法,从而达到改善钻干设计原理和完善加工工艺,减少和预防钻杆因同一原因引起的重复失效断裂的不良现象,降低石油钻采的经济成本。钻杆是石油钻井设备中必不可少的工具,一般都在恶劣的环境下应用,是,应用频率高,时间长,影响使用寿命的因素多,是石油钻采中最薄弱的环节。

2.造成失效的宏观和微观因素 
1)宏观因素 
钻杆承受的内压力、受腐蚀造成的内表面产生的敏感缺陷,如裂纹、脱落、刺孔等等。从断口形貌的断裂方向看,切向载荷产生扭矩对裂纹的轴向扩展破坏;旋转作用弯矩使裂纹产生轴向扩展;合力产生的应力超过抗拉强度极限,造成过载断裂。从观察表明裂纹的起始和扩展方向看与表面缺陷有关,钻杆疲劳核心在管子的表面。但是,宏观特征并不能说明引起断裂的裂纹形成原因,钻杆自身使用材料的缺陷和环境因素都有可能形成内表面缺陷,如涂层自身缺陷可以导致内表面局部腐蚀,形成裂纹源;外载荷可以导致涂层破裂,引起内表面局部腐蚀; 材料内部缺陷可以形成应力集中。可以看出钻杆的断裂终与材料中的孔洞、缺口、裂纹和应力集中有密切的联系,是造成结构破损的最重要的原因。这些早期出现的裂纹和应力集中大都在锥形体与管柱之间过渡区域的圆周上,伴随着疲劳断裂始终。所以宏观因素就是疲劳断裂和刺孔穿透。 
2)微观因素 
对引起钻杆宏观因素进行进一步研究,找出破坏机理就是微观影响因素。用光学和电子显微镜对断裂和刺孔的上述位置进行观察并对化学成分和力学性能进行分析,获取热处理和热加工对钻杆的影响,管段、过渡段、加粗段、断口的金相组织变化,B管内表面裂纹金相组织变化。对刺孔进行电子显微镜能谱分析、断口电子显微镜观察 
综上所述:疲劳断裂是断裂的主要原因,穿透性是刺孔的主要危害和特征。在石油钻杆的使用过程中,我们要根据影响的因素和钻井的地质构造情况对钻杆做好相应的处理和保护措施,提高钻杆的使用寿命。 

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