Page 80 - 理化检验-化学分册2017第八期
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白 强, 等: 钻柱转换接头断裂原因分析
行弯曲强度比的计算, 代入数据求得失效转换接头 通过对无应力分散槽、 Y 型应力分散槽和 YQ
的弯曲强度比为 ２．０９ , 明显小于 ２．５ 这一最佳值, 同 型应力分散槽的转换接头的有限元模拟分析可以
时也小于 ２．２５ 下限值.已有研究表明: 转换接头弯 发现: 对于无应力分散槽结构, 在内外螺纹啮合的
曲强度比越小, 内螺纹受力越严重, 越易发生螺纹根 最后 １ 扣 处 内 螺 纹 上 有 较 大 的 应 力 集 中 区 域, 应
部断裂等失效现象; 而弯曲强度比偏高则外螺纹易 力较高, 如图 ５a ) 所 示, 模 拟 结 果 与 文 献[ １１ ] 的 结
发生失效 [ １Ｇ８ ] . 论一致; 在 相 同 螺 纹 牙 型、 相 同 载 荷 和 边 界 条 件
２．２ 转换接头结构形式 下, 对于 Y 型和 YQ 型应力分散槽结构, 在内螺纹
失效钻柱转换接头采用无应力分散槽结构, 在 牙底部位没有明显的应力集中区域, 应力较低, 如
APISPEC７Ｇ１－２００６ ( ２０１５R ) 中, 对于 A 型和 B 型 图 ５b ) 和图 ５c ) 所示; 通过对 ３ 种结构内螺纹牙底
转换接头, 应力分散槽是选择性的结构, 并不属于强 的等效应力进行对比分析可知, Y 型和 YQ 型这两
制性要求.如同钻铤一样, 应力分散槽虽然也属于 种应力分散槽都可以显著降低转换接头内螺纹尾
选择性结构, 但是应力分散槽在钻铤的螺纹结构上 扣根部的 应 力 集 中 程 度 和 应 力 水 平, 这 对 缓 解 转
却经常被使用, 钻铤螺纹部分的脆性断裂是较为常 换接头螺 纹 部 位 的 应 力 集 中 是 非 常 有 利 的, 如 图
见的钻具失效形式 [ ９Ｇ１０ ] . ５d ) 所示.
图 ６ 不同结构形式钻柱转换接头内螺纹根部应力有限元模拟分析结果及对比
Fi g 敭６ Finiteelementsimulationanal y sisresultsandcom p arisonofstressatthethreadroots
ofthedrillＧstemsubswithdifferentstructuret yp es
a nostressＧrelief g rooves b t yp eYstressＧrelief g rooves c t yp eY QstressＧrelief g rooves d stresscom p arisoncurves
上, 同时钻具在井下不可避免地承受弯曲载荷, 因此
３ 分析与讨论
转换接头在井下所处的应力状态较为复杂 [ １２ ] .此
综合断口宏观形貌、 微观形貌以及金相分析结 外, 通过计算转换接头的弯曲强度比可知, 失效接头
果可知, 失效钻柱转换接头断裂属性为疲劳断裂, 且 的弯曲强度比偏小, 使得内螺纹接头在服役时承受
具有多源特征. 更高的应力, 从而更容易发生断裂失效.断裂失效
现场提供资料表明, 断裂钻柱转换接头服役过 的转换接头内螺纹采用无应力分散槽结构, 断裂部
程中应该承受轴向 ２０９kN 的拉力( 通过断裂前后 位位于内螺纹与外螺纹啮合最后 １~２ 扣, 有限元模
大钩悬重变化计算可知), 还承受约 １０２８５N m 拟分析结果表明这一区域正是应力集中较严重、 应
的扭矩, 从录井曲线可以看出扭矩在钻进过程中不 力较高的区域.
是很稳定, 有时扭矩会急剧增大至 ２０３２５N m以 综合分析可知, 转换接头内螺纹部分承受的应
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