Page 77 - 理化检验-化学分册2017第八期

DOI : １０．１１９７３ / lh jy Ｇwl２０１７０８０１１

钻柱转换接头断裂原因分析

白 强 ,马健强 ,韩新泉 ,李德君 ,刘 强 １
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( １． 中国石油集团石油管工程技术研究院 石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室,西安 ７１００７７ ;
２． 中石油煤层气有限责任公司,北京 １０００２８ )
摘 要: 通过断口宏微观分析、 金相检验、 化学成分分析、 力学性能试验等方法, 结合结构因素和
服役工况条件分析, 对某油井发生的钻柱转换接头断裂失效原因进行了分析.结果表明: 该钻柱转
换接头失效模式为疲劳断裂; 接头弯曲强度比偏低以及内螺纹根部应力集中严重是导致其过早发
生疲劳断裂的主要原因; 通过优化与改进钻柱转换接头结构以降低螺纹根部的应力集中、 提高螺纹
的加工质量以降低螺纹表面粗糙度、 改进热处理工艺使转换接头具有理想的组织状态等措施, 可有
效提高钻柱转换接头的服役寿命.
关键词: 钻柱转换接头; 断裂; 疲劳; 应力集中; 失效分析
中图分类号: TE９２１ 文献标志码: B 文章编号: １００１Ｇ４０１２ ( ２０１７ ) ０８Ｇ０５８５Ｇ０５

CauseAnal y sisonFractureofaDrillＧStemSub

BAIQ ian g １ , MAJian q ian g ２ , HANXin q uan , LIDe j un , LIUQ ian g １
１
２
( １．StateKe yLaborator yofPerformanceandStructuralSafet y forPetroleum TubularGoodsandE q ui p mentMaterials ,
CNPCTubularGoodsResearchInstitute , Xi ’ an７１００７７ , China ;
２．PetroChinaCoalbedMethaneCom p an yLimited , Bei j in g１０００２８ , China )

Abstract : Throu g h meansof macroand microfractureanal y sis , metallo g ra p hicexamination , chemical
com p ositionanal y sis , mechanical p ro p ert y testandsoon , combinedwithstructureandworkin g conditionanal y sis ,
thefracturefailurecausesofthedrillＧstemsubinanoilwellwereanal y zed．Theresultsshowthatthefailuremode
ofthedrillＧstem sub wasfati g uefracture , andthelowerbendin gstren g thratioofthesubandseriousstress
concentrationattherootoftheinternalthreadsweremaincausesfortheearl y fati g uefractureofthedrillＧstemsub．
TheservicelifeofthedrillＧstemsubcouldbeeffectivel y enhancedb ymeasuressuchaso p timizin g ofthestructureto
reducethestressconcentrationofthethreadroot , im p rovin g themachinin gq ualit y toreducethesurfacerou g hness
ofthethread , im p rovin g theheattreatment p rocesstoachieveidealmicrostructureandsoon．
Ke y words : drillＧstemsub ; fracture ; fati g ue ; stressconcentration ; failureanal y sis

某油井 ２０１６ 年 ６ 月 ２ 日 ３ : ００ 开钻, ６ 月 ４ 日 ６月９日 ２０ : ４５ 起 出 钻 具 后 发 现, 井 内 ６３１ mm×

０ : ３０ 一开完钻, 井深 ３７８m . ６ 月 ６ 日二开开钻, 至 ６ ４１０mm 变扣接头从母扣端断裂, 下入卡瓦打捞筒一次
月８日１９ : ００井队正常进行二开钻进作业, 钻进至井 性成功打捞出全部落鱼, 井下落鱼长度１８５．９５m , 鱼头
深 ８５０ m 时 发 现 大 钩 悬 重 由 ６６２．９３ kN ( 钻 压 井深６６４m . ６月９ 日１６ : ００该油井恢复正常生产.
发生断裂的 ６３１ mm×４１０ mm 钻柱转换接头
１６９．１kN ) 瞬间下降至 ４５３．８２kN , 泵压由 １０．９０ MPa
降至 ４．９５ MPa , 扭 矩 由 １０５６９ N m 瞬 间 降 至 的大致结构如图 １ 所示, 通过 NC５０ 内螺纹向上与
０N m .上提钻具后检查发现井内钻具原悬重由 ６Ｇ１ / ２″ ( １６５．１ mm ) 钻 铤 相 连, 通 过 ６Ｇ５ / ８″ ( １６８．３
８３２．０kN 降 至 ４５３．８kN , 钻 具 悬 重 减 少 ３７８．２kN . mm ) REG 外螺纹向下与 ８Ｇ１ / ４″ ( ２０９．６mm ) 钻铤相
连.由现场拍摄的图片可以清楚地看到, 断裂位于
转换接头内螺纹与外螺纹啮合最后 １ 扣附近.发生
收稿日期: ２０１６Ｇ１２Ｇ０９
作者简介: 白 强( １９８４－ ), 男, 工程师, 硕士, 主要从事石油管检
断裂的转换接头从第一次投入使用到发生断裂累计
测和新产品新技术研发工作, bai q ian g ＠cn p c．com．cn
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