Page 69 - 理化检验-物理分册2022年第五期
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陈 猛, 等: 某井 S135 钢级钻杆断裂原因
应 [ 7-9 ] , 断点区域又在侧钻井窗口底部, 来回受到弯
曲作用, 甚至部分弯曲幅度较大, 这样会加大包申格
效应, 使得钻杆的屈服强度降低得更加明显。屈服
强度下降后, 其抗挤毁能力也急剧下降, 在窗口附近
的井眼曲率较大, 在此区域发生了弯曲压扁变形, 使
得该区域整体承载面积下降, 最终导致钻杆断裂。
5 结论
( 1 )该 断 裂 钻 杆 屈 服 强 度 偏 低, 不 符 合 API
S p ec5DP-2009 标准要求。
( 2 )断裂钻杆位于窗口底部的不规则井眼段,
该井段钻杆本身存在较大的结构弯曲应力, 在解卡
过程中受到反复拉压冲击载荷, 使得弯曲“ 拐点” 区
域附近的钻杆承受较大的复合应力作用, 引起钻杆
发生弯曲压扁变形, 导致压扁区域内钻杆的有效承
载面积大幅降低, 最后发生了失稳断裂。
( 3 )解卡过程中, 断点附近受到反复的拉压载
荷后产生了包申格效应, 导致钻杆材料在断点区域
的屈服强度进一步下降, 加速了断裂的进程。
参考文献:
[ 1 ] 巴发海, 薛宇 . 起重机钢丝绳断裂失效分 析[ J ] . 机 械
工程材料, 2016 , 40 ( 8 ): 103-106.
图 6 不同拉力和弯矩组合下钻杆有限元分析结果
[ 2 ] 陈猛, 徐昌学, 余世杰 . 某井钻采时扶正器接头断裂原
强比为 73.5% 。一般钻杆在井下正常使用 情况受 因[ J ] . 机械工程材料, 2020 , 44 ( 9 ): 92-98.
到的应力会远小于 740 MPa , 但是当井况环境较为 [ 3 ] 马善洲, 韩志勇 . 轴力及重力作用下钻杆最大弯曲应
复杂时, 例如遇到卡钻事故或者通过较大的井眼轨 力计算 [ J ] . 石 油 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版), 2001 , 25
迹时, 钻杆会受到较大的瞬时动载荷, 该应力有可能 ( 2 ): 6-8.
超过了钻杆的实际屈服强度。根据钻杆断口的宏观 [ 4 ] 陈猛, 余世杰, 欧阳志英, 等 . 某井 5″ 钻杆刺漏原因分
形貌可知, 失效钻杆在井下作业时受到了较大的应 析[ J ] . 表面技术, 2020 , 49 ( 4 ): 347-355.
[ 5 ] 郭海清, 马永安 . 井斜对钻具影响理论在轮古 13 井钻
力作用, 使得钻杆发生了屈服变形, 加上钻杆在井眼
具刺漏 原 因 分 析 中 的 应 用 [ J ] . 钻 采 工 艺, 2003 , 26
轨迹变化较大的区域发生了严重的弯曲变形, 致使
( 3 ): 1-4.
钻杆管体外壁因顶住井壁而被压扁, 然后在多次上
[ 6 ] 李亚敏, 支鹏鹏, 张然, 等 . 某井 5″G105 钢 级 钻 杆 挤
提、 下放的过程中, 钻杆在此处发生了断裂 [ 6 ] 。
扁失效分析[ J ] . 设备管理与维修, 2021 ( 6 ): 22-24.
在进行侧井作业时, 靠近窗口附近的井眼轨迹 [ 7 ] 彭延玲, 谭松华, 张磊, 等 . 拉压循环应变对屈 服 强 度
不是很规则, 可能在短距离内存在较大程度的弯曲 和包申格效应的影响[ J ] . 热加工工艺, 1997 , 26 ( 2 ):
井眼或者井眼不平整, 这些给失效钻杆在井下受到 6-8.
较大的弯曲作用提供了条件。另外, 在解卡作业时, [ 8 ] 王延峰, 李聪, 凌绪玉, 等 . 金属材料的包申格 效 应 综
失效钻杆断点距离井口约 391 m , 位于侧钻井窗口 述[ J ] . 中国核科技报告, 2002 ( 1 ): 14.
[ 9 ] 张功庭, 盛光敏, 黄利 . 金属包申格效应的表 征、 影 响
底部, 钻柱卡点位于断点的下方附近。解卡过程中,
因素与机 理 研 究 进 展 [ J ] . 材 料 导 报, 2008 , 22 ( 增 刊
钻杆共经历上拉、 下放 5 个循环, 钻杆在断点区域受
3 ): 135-138.
到 反复拉应力和压应力, 该区域容易发生包申格效
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