吊卡台肩面的堆焊

吊卡是石油钻采机械提升系统的重要工具之一,钻杆吊卡主要用来吊起钻杆,吊卡主体承 受钻杆的重力和冲击载荷,工作中吊卡台肩面与钻杆台肩面相互磨损,导致吊卡台肩面崩塌 ,尺寸和性能都不满足使用标准,为了再利用这些吊卡,对其台肩面进行堆焊修补。1 吊卡的磨损机理11 吊卡台肩面的磨损分析由于在工作过程中吊卡台肩面与钻杆台肩面之间相对移动,接触面凹凸不平,在磨擦过程 中引起表面金属变形,表面被破坏,台肩面进行粘着磨损;另外由于台肩面之间常有一些砂 子、铁屑等磨料存在,在钻杆重力的作用下,对金属表面进行显微切削,…     

石油钻杆加厚过渡区失效分析及有限元分析的研究现状

石油钻杆在服役环境中要受到介质腐蚀和高温、高压等方面的影响,其受力状态十分复杂,以致失效事故频发,对失效钻杆进行失效分析与评价有助于减少或延缓钻杆失效事故的发生。介绍了石油钻杆加厚过渡区失效分析与有限元分析的研究现状。指出下一步应着重研究超长Miu长度钻杆的失效特征、失效机理与失效原因,以及采用三维有限元技术对在拉伸、弯曲、扭转复合载荷作用下的钻杆加厚过渡区进行系统的力学分析。     

某水平井钻杆管体断裂失效机理分析

某水平井在倒划眼起钻过程中频繁发生憋钻现象,解卡过程中位于下部水平段的一钻杆本体处断裂。对断裂钻杆进行了力学性能、显微组织及有限元受力模拟等分析。结果表明,该钻杆在通过硬质岩层时,外壁与井壁发生了严重的摩擦磨损现象,使得钻杆外壁温度急剧升高,加之钻井液的冷却作用,外壁表层发生了二次马氏体相变,产生了硬化层,在井下复合载荷的作用下,在钻杆加厚过渡带应力集中区域的硬化层萌生早期疲劳热裂纹,并最终穿透整个钻杆壁厚导致断裂失效。通过此次疲劳热裂纹失效机理分析,提出了对钻杆外壁采用防磨装置,降低钻杆表面由于摩擦磨损作用产生的热能等改善措施。     

Φ101.60mm×9.19mm规格S135钻杆刺漏失效分析

采用几何尺寸测量、刺漏裂口形貌分析、力学性能测试等方法,结合钻杆的受力状态和使用工况,分析了S135钻杆刺漏的原因,并提出了5点预防措施。分析认为:S135钻杆刺漏属于早期腐蚀疲劳失效;在腐蚀和拉压、弯曲、扭转等载荷的作用下,S135钻杆壁厚偏薄处的外表面腐蚀坑底部首先出现疲劳裂纹,并扩展导致钻杆刺漏。     

S135钻杆摩擦焊接头热处理后的组织和性能

36CrNiMo4A钢制S135钻杆的工具接头和管体采用摩擦方式进行焊接，对摩擦焊接头进行了适当热处理。对钻杆工具接头、管体、焊合区三点弯曲试样的断裂韧度进行了测试，分析了弯曲试样的微观组织和断裂形貌以及接头焊合区韧性损伤的原因。结果表明，S135钻杆经摩擦焊接和热处理后，改善和提高了摩擦焊接头焊合区的组织和性能，其断裂韧度值J1C达到48kJ／m^2，钻杆钻井深度超过5300m，满足了使用要求。     

应用马尔科夫模型评价液压吊卡可靠性

液压吊卡是石油钻井工程中的重要设备,负责钻杆、钻具的起下钻动作。通过了解液压吊卡的工作原理,对其可能出现的状态组合进行分析。因液压吊卡各组成元件的寿命及维修时间服从指数分布,故可运用马尔科夫模型对其进行可靠性分析,并根据马尔科夫的过程原理建立了液压吊卡的马尔科夫状态转移模型。利用收集的液压吊卡可靠性维修性数据,计算出液压吊卡处于正常工作状态的概率,即其稳态可用度。并找出了系统中可靠度较弱的环节,有利于对液压吊卡进行改善处理,保证钻井施工安全稳定。     

钻杆内加厚过渡区应力分布的有限元分析

对G-105Φ127mm×9.17mmIEU钻杆内加厚过渡区结构在拉伸和弯曲载荷作用下应力分布与应力集中系数的有限元进行了分析计算,结果表明:宝山钢铁股份有限公司钢管分公司生产的钻杆MIU=103.7～161.9mm,R>300mm,在拉伸应力作用下,应力集中系数Kt=1.011～1.06;在弯曲应力作用下,应力集中系数Ktb<1。     

某井5″钻杆刺漏原因分析

目的对某井5″钻杆刺漏形成原因进行分析。方法对刺漏钻杆样品的材料进行化学成分分析、力学性能测试、金相分析、晶粒度评价、非金属夹杂物评价,对刺孔周边的裂纹进行金相分析、断口宏观分析和扫描电镜分析,对腐蚀坑底部的腐蚀产物进行EDS分析,对钻杆刺穿机理进行模拟分析,对刺漏钻杆受力情况进行有限元模拟分析。结果该刺漏钻杆的化学成分、力学性能符合API Spec 5DP—2009标准要求,其中冲击韧性较高(两支刺漏钻杆的冲击功分别为83 J和87 J),是技术标准的2倍以上。刺漏钻杆样品的组织为回火索氏体,为正常调质态的组织形貌。刺漏钻杆样品晶粒度级别为9级,非金属夹杂物等级最高为1.0级,符合产品技术标准要求。该刺漏钻杆外壁存在大量的腐蚀坑,而且在腐蚀坑底部存在氧元素的腐蚀产物,即存在氧腐蚀。刺孔延伸裂纹及其周边的裂纹扩展较为平直,而且在裂纹尖端存在疲劳辉纹形貌,证实该刺漏扩展以疲劳裂纹的形式进行。结论此次两支钻杆的刺穿属于早期腐蚀疲劳破坏,其产生的因素有:(1)钻井液中的溶解O对钻杆外壁腐蚀较为严重,形成较深的腐蚀坑;(2)在通过严重狗腿度井段时,腐蚀坑底部萌生了小裂纹,随后裂纹在旋转弯曲作用力下疲劳扩展直至刺透钻杆壁厚;(3)对此井下过井的钻杆进行严格的检测,防止有缺陷的钻杆下井使用,以避免发生早期失效现象。     

全自动石油钻杆校直机的研究与应用

为提高校直效率和减少工人劳动强度,研制了自动石油钻杆校直机。设计了钻杆挠度检测方法,选用激光位移传感器检测钻杆弯曲挠度,利用编码器定位压头施压位置及支点位置,根据弹塑性理论与实际经验确定压头下压行程。设计了自动校直机控制系统,能够显示钻杆挠度和输入参数,可以对不同钢级和尺寸的钻杆进行校直,并可以输出报表。配备了自动上下料系统,能够实现自动上料和下料。现场使用证明:该自动校直机减少了工人劳动量,提高了钻杆校直过程的自动化。     

钻杆的热处理

<正> 钻杆是石油管中一个性能要求较高的品种。钻杆具有加厚的端部,内外加厚的φ127mm钻杆,其加厚端厚度约为管体的两倍。钻杆在作业时所受的力有:a)因钻杆柱本身重量所产生的拉应力;b)快速旋转的钻杆,因井拐折而引起的反复拉伸与弯曲交变应力,这种应力造成疲劳破坏;c)旋转的钻杆在钻进过程中所产生的扭转应力;d)因与岩石撞擦而产生的冲击载荷和对工具接头的磨损。此外,钻杆工作时还受到周围介质的腐蚀。钻杆在使用过程中产生的最普遍的破坏是疲劳破坏(包括机械刻痕所引起的疲     

石油方钻杆窄间隙焊接接头断裂韧性

研究了40CrMnMo石油方钻杆窄间隙脉冲焊接接头动态断裂韧性(KId)的测试及计算方法.结合石油方钻杆的使用方法、管体结构尺寸与焊接特点,试验选用多次冲击三点弯曲试验方法,对方钻杆的焊接接头的断裂韧性进行测定.试验过程采用多次冲击加载方法,用显微镜测量裂纹深度,用FORTRAN语言编程计算a值及KId.结果表明,焊缝的KId为母材的96%,但熔合线的KId值仅为母材的89%,通过分析试件的断口及接头的金相组织,发现熔合线粗大的魏氏组织是导致该区KId值下降的主要原因.     

S135钻杆腐蚀孔洞形成原因分析

目的对某S135钢级钻杆的腐蚀孔洞形成原因进行分析。方法通过化学成分分析、金相组织分析、钻杆宏观外貌分析、力学性能测试及扫描电镜与能谱分析等一系列分析试验,对该S135钻杆材料的力学性能、化学成分、金相组织、非金属夹杂物、晶粒度、钻杆的外圆面宏观形貌、钻杆的腐蚀孔洞特征和腐蚀产物进行分析。结果该S135钢级钻杆的化学成分合格,符合产品技术条件要求;钻杆的强度、塑性、冲击韧性等力学性能指标均合格,均符合产品技术条件要求,其中冲击韧性值达到97 J,超出技术条件要求值一倍以上;钻杆的金相组织为回火索氏体,为正常的调质热处理组织;钻杆的晶粒度级别为7级,符合产品技术条件要求;钻杆的各类非金属夹杂物级别均未超过1.0级,符合产品技术条件要求,钻杆外圆面存在大量的麻点、麻坑,腐蚀孔洞壁存在含氧元素的腐蚀产物,即存在氧腐蚀。结论该S135钢级钻杆本体孔洞为应力腐蚀疲劳所致的孔洞,其产生因素有:第一,钻杆本体外圆面上存在麻点、麻坑;第二,钻杆承受交变弯曲应力;第三,钻杆外圆面局部氧腐蚀作用。     

径向水平井钻杆弯曲转向建模与阻力仿真研究

通过采用ANSYS仿真软件对转向器系统构成、滑道截面形状和轨迹、材料模型、约束载荷进行系统分析,建立仿真模型,仿真与试验数据对比表明,所建仿真模型是可行的;通过分析研究滑道阻力变化对钻进影响,不同摩擦系数对滑道阻力影响,以及钻杆截面变形和钻杆在水平段形位变化,得到的钻杆截面变形及滑道阻力变化规律,并将仿真数据与室内实验结果进行对比分析验证。依据仿真分析和实验研究,分析钻井失败的主要原因。仿真研究对指导造斜器设计和施工工艺的设计有积极意义。     

塔里木油田用钻杆失效原因分析及预防措施

塔里木油田钻井条件苛刻,钻杆受力情况复杂,容易发生钻杆失效事故。分析了钻杆失效的原因,介绍了相应的预防措施及其效果。认为现有钻杆标准不能满足塔里木油田的使用要求。多年实践证明,塔里木油田通过制定钻杆订货补充技术条件和严格现场探伤规范,有效地减少了钻杆失效事故,延长了钻杆使用寿命。     

一种新型框架式管端加厚液压机

根据生产需要,要求将钻杆管体同公母工具接头采用焊接方法连成一体。为增加焊接处的强度,焊接前钻杆管体两端要进行管端加厚;部分油管及套管因工艺要求需在管端车丝,管端亦需要加厚或定径。框架式管端加厚机组主要适用于油管和钻杆管端加厚(内加厚、外加厚及内外加厚)工艺及套管管端的定径工艺。     

石油钻杆刺穿失效原因分析

某石油钻杆在油田使用过程中发生早期刺穿失效。运用理化检测技术对失效的钻杆进行宏观形貌、化学成分、显微组织、力学性能分析和硬度测定。结果表明,钻井过程中在腐蚀介质的作用下,在钻杆内壁起刺处首先形成腐蚀坑,在复杂交变应力载荷作用下,钻杆表面腐蚀坑底部形成微裂纹并迅速扩展,最终导致钻杆发生腐蚀疲劳失效。为预防此类失效的发生,要严格控制钢管轧制工序,选用合适轧制工具尺寸,提高钢管内外壁表面质量,避免钻杆在油田使用时再次发生腐蚀疲劳失效。     

一种高抗裂型钻杆耐磨带药芯焊丝

在石油钻杆接头上堆焊金属耐磨带,是减少钻杆、套管磨损的有效措施之一。堆焊金属耐磨带常用的工艺方法有粉末等离子弧喷焊和药芯焊丝气保护电弧堆焊。从堆焊材料和堆焊工艺方面阐述了石油钻杆接头堆焊金属耐磨带生产的现状和发展,并针对新型金属耐磨带材料存在的问题,重点介绍了一种高抗裂性和高耐磨减摩性兼备的石油钻杆耐磨带药芯焊丝。     

脉冲射流式岩屑床清理工具的研究

针对大斜度及水平井段,岩屑极易沉积在井筒底部形成一定高度的岩屑床,使得钻杆被埋没,造成钻杆摩阻增大、钻具断裂等问题,设计一种射流式岩屑床清洁工具,基于液固两相流理论,建立三维射流式清洁工具与普通携岩钻杆的仿真模型,并利用Fluent分析射流式清理工具的喷嘴喷射角度、喷嘴流速、岩屑粒径、钻井液排量等参数变化对环空井筒内岩屑体积分数及岩屑质量的影响规律。结果表明：增加脉冲射流式工具后,环空内的岩屑沉积量明显减少,在钻杆转速为80 r/min时,最佳的喷嘴角度为90°;增加喷嘴流速及钻井液排量都可以降低环空内的岩屑量;随着岩屑粒径的增加,环空内岩屑沉积更多。该工具能够降低沉积在环空内的岩屑质量,提高岩屑的运移能力。     

Investigation of heat pipe cooling in drilling applications.: part I: preliminary numerical analysis and verification

A combined numerical and experimental study is performed to analyze the feasibility of using heat pipe cooling in drilling applications. A parametric study is conducted to analyze the effect of different geometrical parameters expected for a heat pipe drill configuration, such as depth of the heat pipe within the drill, heat pipe diameter, heat flux input magnitude and length of the heat input zone. In this model, it is assumed that the drill is subjected to a static heat source which verifies the analysis and feasibility of using heat pipe cooling in drilling operations. The performance of the heat pipe drill model is approximated using a solid cylinder model of pure conduction. To validate the assumptions, numerical results are compared with experimental data that are based on the solid cylinder model. Both the numerical and experimental studies show that the use of a heat pipe in a drill can reduce the temperature field significantly. The results of this study can be used to define geometrical parameters for ‘optimal’ design and the setup for further analysis.