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钻井装备手册-钻杆的使用维护及失效分析

2017-11-08 13:19:21 qjjx

(一)、钻杆接头的使用和维护:

1、新接头的初次使用

   对于新接头的机械加工面,如螺纹及台肩等,要比用过数次的接头更易受磨损。用过数次的接头,接合表面经受一定的磨合后,更能抗磨损。

新钻杆接头初次使用,推荐采用以下预磨合步骤:

第一步:将接头上紧到最大推荐上扣扭矩值,然后卸扣。如果卸扣扭矩小于上扣扭矩,则不需要完全分开接头。

第二步:将接头再次上紧到相同上扣扭矩值,然后卸扣。分开内、外螺纹接头,重新涂抹螺纹脂。

第三步:再次按相同扭矩值上紧接头,新钻杆即可正常投入使用。

注:卸扣扭矩应当小于上扣扭矩,如果卸扣扭矩比上扣扭矩高,须将接头分开并检查损伤;公母接头的螺纹及密封台肩面在连接前必须彻底清理干净并且涂抹螺纹脂。

常规钻杆接头的推荐上扣扭矩值见表2-4

、清洗及检查

    公母接头的螺纹及密封台肩在连接前必须彻底擦拭干净,这样做的目的有三个:第一,由于清除污物,可以正确的紧扣,以减少螺纹磨损和松动;第二,提供了良好的检查条件;第三,由于清除了摩擦性污物,延长了接头使用寿命,清洗接头后,一定要把接头擦干,以保证丝扣油能良好的附着在接头表面。

清洗完接头后,详细检查螺纹及台肩,损坏了的接头绝对不能下井。即使是轻微的损坏,也可能造成接头连接漏失或松动。对于轻微损坏的接头,可以在现场用锉刀修复,对于松动或漏失过大的接头,应由修理车间进行修复,接头的这种损坏往往成对出现,这需要检查与修理时高度重视。

3、提升钻杆

当钻杆在移动和上架时,带上钻杆护丝可以防止大部分接头的损坏。不论是公扣或母扣的台肩和螺纹,在钻具提起或放下时,都应将它们保护好,不使受到损坏。

4、丝扣油

   钻杆接头在工作中会产生巨大的扭力,如果接头螺纹间没有分离油膜,那么,在这样高的单位扭力下,螺纹就会磨损或粘扣。

   在很高的扭力下,普通的润滑油脂将被挤掉,分离油膜就会消失或破裂,含有软金属充填料的丝扣油不会那么容易被挤掉,并且可以经受住较大的单位扭矩。

推荐使用含有重量比10:60的细锌粉丝扣油作为旋转接头台肩的丝扣油。

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5、钻杆下井

5.1 涂丝扣油

每个接头入井前必须将螺纹清洗干净并擦干,这项工作包括清洗原先涂抹在螺纹上的防锈油或丝扣油。每次下井时,母接头的螺纹和台肩面要均匀涂抹好丝扣油,最好用圆状硬毛刷来涂抹丝扣油,要保证丝扣油和刷子干净无杂物。

5.2 对扣

对扣时不许将公接头端部冲击到母接头台肩上。

5.3 旋扣

旋扣之前必须保证公母接头对中。当接头摇摆和有卡阻现象时,勿用高速旋扣,否则会烧坏螺纹。

5.4上扣

避免将结合不良的螺纹强行上扣,在对扣时,公扣牙顶可能坐落到相应的母扣牙顶上,引起卡紧作用,如果强行上扣,就会造成严重损坏,这时,可以用大钳以左旋方向稍稍回转一下,让公母接头松脱,提起立柱,轻微转动,然后再对扣。

5.5大钳紧扣

正确的用大钳紧扣是防止接头损坏的唯一最主要因素。必须运用扭矩测量仪表来控制紧扣扭矩,使扭矩不超过接头的扭矩强度。不能仅仅把扭坏接头的事故原因局限于井下,这种损坏事故往往由于紧扣扭矩过大或使用了不合规范的丝扣油而在地面发生。

应该强调,最低的紧扣扭矩不应低于规定紧扣扭矩的90%,低于这个最低紧扣扭矩,接头会因为连接不紧而发生下列问题:

6、钻杆出井

6.1 卸扣

扣卸松后,慢慢旋转钻杆使扣退出,这时要使钻杆承受一定的拉力,以保证被卸开钻杆螺纹不受到压力,并且当接头卸开后,有足够的拉力以防止公接头端部冲击的母接头台肩上。如卸扣扭矩过高,可能意味着井下扭矩负荷太大,对于这种接头要检查是否已损坏。

6.2 排放立柱

   排放立柱时,要把钻杆盒清洗干净,如果排放立柱时发生错位现象,不要用钳子爪或其他具有尖端的工具来撬移,若要移动立柱应该采用专门的工具,以防止接头台肩受伤。

6.3 拉下钻杆

拉下钻杆时,必须按下列规定操作:

要用清水洗净接头和钻杆的外表和内部,以清除对钻杆有快速腐蚀的盐类及其他腐蚀性物质。

在接头螺纹和台肩上要涂防锈油,对于准备要长期存放的钻杆尤为重要。

在钻杆移动前要戴好护丝。

检查钻杆是否排放平直,两层钻杆之间要用木板隔开,每根钻杆要有三处隔离。一处在中间,其他两处分别在公母接头的后边,钻杆的前后端部,隔离木板要有足够厚度,滚动钻杆时,不能使钻杆上下层钻杆接头相碰。

(二)、旋转台肩式螺纹的粘扣问题分析

     旋转台肩式螺纹广泛应用于各种钻具的连接。钻具在施工中受力情况非常复杂,在正常的旋转钻井中,不仅要承受拉压、扭转、弯曲,还要承受内压、外热、热循环等综合应力的作用,而在整个钻具中螺纹连接部位是最薄弱的环节,在现场使用中钻具失效形式之一便是螺纹粘扣,此类失效约占整个钻具失效的50%以上。

2.2.1  粘扣的形式

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螺纹粘扣的宏观形貌

粘扣是一种发生在相互接触金属表面间的冷焊。根据粘扣的程度,可分为轻度粘扣、中度粘扣和严重粘扣。轻度粘扣时,螺纹牙型出现轻微变形或局部牙型磨损、掉块,但不影响螺纹的拆卸和使用;中度粘扣时,螺纹拆卸困难,强力拆卸后可见明显的螺纹损伤,如大面积牙型磨损等,如不修复,无法按原设计紧密距使用;严重粘扣时,螺纹副无法卸开,采用破坏手段抛开后,可见螺纹牙侧撕裂,公母螺纹相互嵌入,即冷焊在一起。按粘扣发生的部位,可分为螺纹中部粘扣、台肩面损伤和其他部位粘扣,螺纹中部(即在螺纹母线中部)粘扣比较常见,约占粘扣现象的80%,其余两种发生的概率较少。

2.2.2   粘扣产生的原因

影响螺纹粘扣的因素是多方面的,甚至是几个因素的综合结果,但导致螺纹粘扣的根本原因是钻具在连接过程中,相互接触的公母螺纹螺旋表面存在一定的粗糙度或形状误差,在摩擦力的作用下从点接触开始,造成局部接触点上的应力非常高,超过螺纹基体屈服点的许用接触应力,从而产生塑性变形,达到一定程度,螺纹接触点两侧会发生局部再结晶、扩散或熔化等变化,表面之间极易粘合形成冷焊。

2.2.2.1  材料因素

许用接触应力与材料的强度、硬度有关,按API SPEC 5DP规定,钻杆接头内螺纹的硬度应在285341HBW,屈服强度在8271138MPa,拉伸强度965MPa,如上述指标没有达到,螺纹表面的接触应力就会降低。

2.2.2.2  加工因素造成的螺纹副几何偏差

钻具螺纹一般为特梯形螺纹,牙型角、牙侧角、锥度、螺距等均影响螺纹副的几何精度,理想的状态是,除牙顶与牙底留有间隙外,牙侧工作面全接触,但加工中的偏差是必然的。例如:牙型角与牙侧角偏差、螺距偏差、锥度偏差、紧密距偏差等。

2.2.3  使用因素

2.2.3.1  螺纹脂使用不当

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由于缺乏螺纹脂而使螺纹粘扣

螺纹脂的作用除了降低螺纹旋合过程中的摩擦系数,在螺纹台肩面之间形成一层致密的油膜,防止螺纹副干摩擦而损伤表面之外,还有一个更重要的作用是当公母接头上紧后,螺纹脂中的金属颗粒受到压力变形,填充了螺纹副及台肩之间的间隙,形成