对管材所2006年完成的钻具失效分析项目的结果进行统计，在32项钻具失效项目中，钻杆失效（包括管体和接头）的总数达17项，占钻具失效总数的53.12%。同时有以下具体特征：在泥浆钻井中，钻具失效的主要形式是杆体刺漏，约占钻杆失效的70%～80%；在气体钻井中，钻杆的失效形式主要是断裂失效，约占钻杆失效的80%。

 

　　1.2国际钻井承包商协会钻杆失效分析调查统计

 

　　根据国际钻井承包商协会钻杆失效分析调查统计，距内、外螺纹接头台肩450mm～550mm处为杆体内加厚过渡区，钻杆失效事故70%是发生在该区域内的穿刺或者断裂所引起。因此，杆体加厚过渡带结构上是钻杆的“薄弱环节”，钻杆失效事故多发生于此。1.3徐家围子区块钻具失效类型数据统计

 

　　徐家围子区块钻具失效类型，钻杆断裂失效占多数，所占比例为42.11%，钻头牙齿折断、掉牙等所占比例为28.95%，刺漏所占比例为18.42%，其余失效形式的比例则相对较小。

 

　　2钻杆失效主要原因分析

 

　　常见的钻杆失效原因主要有腐蚀疲劳、裂纹、螺纹失效等。

 

　　2.1腐蚀疲劳（可能导致钻杆刺漏等）

 

　　腐蚀疲劳失效，指受到腐蚀环境和疲劳载荷两种因素所导致钻杆失效。介质中受到交变载荷作用时疲劳寿命会显著降低，这是腐蚀和疲劳交互作用所造成。引起钻杆腐蚀的因素很多，不同因素所造成的腐蚀形态不同。钻杆腐蚀形态主要有均匀腐蚀和点蚀。其中，均匀腐蚀是指，由化学或电化学反应造成的金属的整个表面或大部分表面上发生的腐蚀，如常见的钻杆锈蚀等。点蚀又称小孔腐蚀，如钻杆存放或使用过程中内外表面产生的孔状腐蚀，小孔腐蚀常常引起腐蚀疲劳和应力腐蚀裂纹。

 

　　2.2裂纹

 

　　裂纹的形成与疲劳和腐蚀相关，多发在钻杆的易疲劳区域。钻杆在使用过程中易发生疲劳的区域主要有两处：一处是管体外表面距离加厚区约10cm处，该处截面抗弯模量最小，故应力幅度值高；另一处是内外加厚过渡区与管体交界处，因几何形状不连续造成应力集中，疲劳和裂纹多发生在该处，由于该处应力集中，所以实际应力高于外表面应力，属于典型裂纹的高发区。

 

　　2.3螺纹失效（可能导致脱扣、粘扣等）

 

　　螺纹失效原因通常有以下三种：

 

　　（1）应力集中，钻杆接头螺纹原始模型有限元分析结果表明，在公扣第一螺纹牙处根部位存在严重的应力集中，极容易引起疲劳破坏。

 

　　（2）热处理工艺不稳定，钻杆的材质分析可以看出：在钻杆过渡带区段形成一个组织不稳定的高应力区。

 

　　（3）存在腐蚀，同断裂失效不同，腐蚀是一个缓慢累积的过程，蚀坑存在一个累积过程，当蚀坑的深度造成钢管剩余壁厚承受不了内部压力时，穿孔现象就会发生。

 

　　3钻杆整体检测方案

 

　　将钻杆分成四个部分进行检测：

 

　　（1对钻杆螺纹部位的检测；

 

　　（2）对钻杆接头部位的检测；

 

　　（3）对钻杆过渡带的检测；

 

　　（4）对钻杆本体的检测。

 

　　3.1钻杆螺纹部位的检测

 

　　（1）螺纹表面检测，检测内容包括：螺纹的表面光滑，不允许有毛刺、撕破、凹痕、碎裂以及影响螺纹强度和联接紧密性的其他缺陷。

 

　　（2）螺纹锥度检测，目前检验螺纹锥度的方法是：将锥度规上到螺纹的锥体上，然后用塞尺来测量锥度规锥面与螺纹锥面的间隙；间隙大则螺纹锥度误差就大，反之就小。

 

　　（3）螺纹椭圆度检测，检测的常用方法有两种：一是径向测量法，用塞尺直接测量锥度规锥面与螺纹丝尖锥面在180°两侧的最大间隙；二是轴向测量法，通过测量锥度规轴向位移值，计算出螺纹的椭圆度误差。

 

　　（4）测量螺纹的紧密距

 

　　3.2钻杆接头部位的检测

 

　　使用过的旧钻杆，接头部位会因磨损而发生变形，变形特征主要有三种：

 

　　（1）钻杆在井下旋转时与套管内壁或井壁产生摩擦，造成接头外表面的摩损。

 

　　（2）在钻井过程中，钻杆不旋转，只有轴向进给，例如由井下动力钻杆驱动的定向钻井、水平钻井等。

 

　　（3）钻杆接头的轴向损耗，例如台肩修磨、螺纹加工等。

 

　　3.3钻杆过渡带的检测

 

　　钻杆过渡带的结构非常非常特殊，是钻杆杆体较大内径与较小内径的接合部位，为使这两个不同内径结合后圆滑过渡而无明显台阶，特别设计和加工了这一过渡结构，称为钻杆过渡带。为钻杆结构最薄弱的环节之一，其长度一般为10cm左右。由于钻杆过渡带的结构特殊，所以检测存在一定困难。检测时，主要是检测过渡带部位是否存在疲劳裂纹或损伤，现场通常采用超声波当量比对的方法进行检测，存着超标缺陷的钻杆必须报废。

 

　　3.4钻杆本体的检测

 

　　钻杆本体的检测主要是检查钻杆本体的外形尺寸、内外部腐蚀与损伤及磨损所造成的壁厚减薄。

 

　　（1）钻杆外形尺寸的检验，对使用过的旧钻杆，首先要检验钻杆外形尺寸。

 

　　（2）管体内外部损伤的检测，可使用的探伤方法包括：超声波检测、漏磁检测、低频导波检测等。根据管体的缺陷检测结果，对钻杆进行质量分级，使钻杆得到合理优化使用。

 

　　（3）管体壁厚的检测，常规检测方法是采用超声波测厚仪等设备，观察钻杆管体壁厚减薄量及均匀程度，条件允许也可使用大型自动检测设备进行全管体剩余壁厚检测。

 

　　4结束语

 

　　（1）根据上文的数据统计和分析可以看出，钻杆失效主要形式有：刺漏、断裂、螺纹失效等。其中刺漏和断裂失效，大多发生在杆体摩擦焊缝附近及端部加厚过渡区。故钻杆的现场检测应重点关注：钻杆摩擦焊缝、端部加厚过渡带、端部螺纹。

 

　　（2）对钻杆的全面检测应包括：杆体外观检测、端部螺纹参数检验、加厚区过渡带的检测、杆管体无损探伤等，这些环节的检测将直接影响到钻杆的检测结果及钻井作业的安全，是钻杆全面检测需要控制的环节。

 

　　（3）钻杆质量控制同时，还必须规范钻井作业的现场操作。因为除去钻杆质量的内在因素，钻杆失效事故很多是现场操作不当造成的，所以必须严格规范钻杆现场操作。以下几点为钻杆现场操作需特别关注的地方：

 

　　①液压大钳的夹持部位，需夹持在钻杆内螺纹接头的耐磨带部位，而不能夹持到钻杆本体及其它部位；

 

　　②钻杆接单根时，首先将钻杆内外螺纹表面清洗干净，并在螺纹表面均匀涂抹适当的螺纹脂（须根据实际工况选用适当产品）；

 

　　③规范使用扭距监控仪，并及时调节液压大钳的扭距，使紧钻杆螺纹的扭矩达到标准要求。

 

　　参考文献

 

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　　[2]李建山.陕北油田钻具失效原因分析及对策研究，山西科技[A].2005.4：88-89

 

　　[3]王晓，杨林林，沈军.钻杆探伤技术的应用与分析，断块油气田[A].2008.15（6）：99-101

 

　　[4]管朝晖，杨斌.工程用钻杆螺纹断裂失效研究，机械设计与制造[A].2009.12：152-154