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地质钻杆的三种磨损方式——金锐钻具

1、纯疲劳磨损
钻杆要承受拉伸、压缩、扭转和弯曲的周期性应力。拉伸和弯曲是最危险的应力。目前,钻杆疲劳磨损的主要原因是钻杆在弯曲井孔中旋转时发生周期性应力所致。在弯曲的井孔中,即使锁接手有足够的厚度,仍然可能发生疲劳磨损,而且磨损的位置不一定。当钻杆发生弯曲时,钻杆每旋转一圈,其对应的位置会由于重复性的受拉和受压而产生周期性应力。靠近锁接手以上的钻杆最可能受到弯曲,因为锁接手具有较大的刚性,能抵抗弯曲,弯曲将发生在锁接手以上的钻杆。同时钻杆上的最大应力发生于钻杆加厚部位的末端,约距接头50厘米的位置。如上所述,接头不可能弯曲,弯曲只能发生在管壁较薄的钻杆体上,在这断面变化的位置,起到类似虎钳固定的作用,使它成为弯曲力的支点。如果钻杆在其全长上均匀地弯曲,则作用于钻杆上的应力会变得低一些,疲劳磨损的应力周期数可以提高。
决定疲劳磨损的数值有:在钻杆弯曲处,钻杆承受的拉力负荷;钻孔弯曲的严重程度;每段钻杆在钻孔弯曲处的重复应力次数;钻杆的尺寸及钢材性能。由于钻杆所承受的额拉力大小是疲劳磨损的关键,所以在深井中,上部的钻孔弯曲往往成为疲劳磨损的因素。应该指出,只要钻杆通过了钻孔弯曲处,即使拉力被消除了,积累疲劳损坏还是存在的,因此如果重复几次通过钻孔弯曲处,就有可能会使钻杆发生疲劳磨损。同样要看到,一根钻杆在某一井内即使没有发生事故,但有可能已经受到损伤。因此。当它再用于同一口井或其他井时,虽然把它接在钻柱顶部,即使作用于钻杆上的弯曲应力是在额定数值内,也可能使它无法承受,以致造成事故。
此外,还有一些其他原因会造成纯疲劳磨损的弯曲应力。例如,任何一根弯曲钻杆往往都是疲劳磨损的潜在因素。弯曲的方钻杆会使转盘以下第一根钻杆弯曲,一旦这根钻杆承受的应力足够大时,就会造成疲劳磨损。天车不对中,也会使钻杆发生疲劳磨损,因为它会在方钻杆和钻杆上造成弯曲应力。
2、凹口疲劳破损
钻杆表面的不完好,无论是机械加工形成的,还是冶金过程中形成的,都将大大地影响钻杆的疲劳极限,其影响的程度取决于缺陷的位置、方向、形状和数量。如果凹口位于钻杆上的不是主要应力作用的部位,则对疲劳磨损的影响较微。但是,如果凹口位于距接头50厘米范围内,由于这个部位是钻杆产生最大的弯曲应力处,就会成为疲劳磨损的核心。纵向凹口能扩散应力而无危害。然而,一种即使是细微的但具有尖锐底角的刻痕,也会使应力提高,而且导致磨损。现将几种可造成凹口疲劳磨损的钻杆表面情况列举如下:
(1)钢印图案 所有横向印痕都能成为应力集中点。如果在钻杆上的不合适位置打钢印,则钢印字体的横向印痕和任意位置的标记会成为钻杆疲劳的起始部位。
不允许在钻杆体上打印。标记打在具有较大横截面积的钻杆加厚消失部位,能安全地吸收所产生的应力。另外,可采用点印号以代替线印号,并使罗马数字钢印顺着钻杆纵向排列,也可起到安全标记的效果。
(2)电弧烧伤 如果用钻杆作为接地用的搭铁线,往往会使搭铁杆和铁轨间发生电弧而使钻杆圆周上被烧伤,这些不易注意到的小凹坑虽然极微小,但在钻杆上形成很宽的烧伤带。具有玻璃硬脆性,非常容易加速疲劳磨损。
(3)胶皮护箍槽 在钻杆上的胶皮护箍顶部形成的圆周槽是凹口疲劳磨损的另一种原因。
(4)大钳牙痕 在钻杆上的各种表面伤痕中,大钳牙痕是最常见和最严重的。但是由于它是纵向的,不与作用应力同一方向,因此对疲劳磨损的危害不大。如果它稍微偏离于垂直方向,就极易形成应力集中点。要把钳子打在接头上而不要打在钻杆体上,因为它有可能损伤钻杆。
(5)卡瓦伤痕 转盘卡瓦一般不会在钻杆上留有损坏性的伤痕。但是如果卡瓦牙的加工不良,或操作不善,卡瓦牙会咬伤钻杆。
(6)地层和井内破碎金属对钻具表面的切割凹口 钻具在井内旋转,表面会与坚硬的井壁地层相擦,以至留下圆周刻痕。这种刻痕往往呈三角形,在钻杆和锁接手上均为常见。
3、腐蚀疲劳磨损
这种磨损是目前使钻杆早起磨损的普遍原因。腐蚀可能以各种或数种综合的磨损形式(侵蚀、磨坏、疲劳)造成极为严重的磨损。有时,几种腐蚀形式会同时发生,但是一般说来,总是有一种腐蚀形式成为主要磨损原因。1)腐蚀剂 影响钻具钢材的主要腐蚀剂有:氧气、二氧化碳、硫化氢、溶解盐类(氯化物、碳酸盐和硫酸钠、钙、镁)、各种酸类(甲酸、醋酸等)。
(2)影响腐蚀速率的因素
PH值 低PH值的水基泥浆,会降低钻具的疲劳寿命。PH值是控制腐蚀疲劳的主要因素,但是如何精确测定出足以预防疲劳磨损的最低PH值是困难的。许多使用者认为,泥浆PH值低于9.5,会降低钻具的疲劳寿命。
除此之外,冲洗液(泥浆或者是清水)的温度、流速也是影响钻杆磨损速率的因素,绝大多数冲洗液的磨损速率会随温度的增加而加快,随流速的增加而加快;另外不均匀性钢材组分或微观结构的局部差异,会增加腐蚀速率,高应力一般在承受高应力的部位比低应力部位的腐蚀率快。



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