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。

石油钻杆加厚过渡区失效分析

对钻杆加厚过渡区失效事故进行分析,确定了钻杆加厚过渡区的失效特征、失效机理与原因,为预防钻杆失效提供了理论基础和技术依据。分析结果表明,钻杆加厚过渡区的失效特征是钻杆刺穿;失效机理为腐蚀疲劳;失效原因为钻杆管体由于应力集中与腐蚀集中,在内加厚过渡区消失点内外壁萌生腐蚀疲劳裂纹,裂纹逐渐扩展,裂纹部位的壁厚也逐渐减薄,当剩余壁厚不足以承受钻杆内壁压力的时候,钻杆内壁的高压钻井液冲破剩余壁厚,最终形成钻杆刺穿孔洞。

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。

石油钻杆加厚过渡区三维有限元分析

联合使用I-DEAS和MARC两个分析软件,对石油钻杆加厚过渡区进行了在拉伸、弯曲、扭转载荷作用下三维有限元分析。结果表明,在拉伸载荷单独作用下,钻杆最大应力发生在内加厚过渡区消失点;在弯曲或扭转载荷单独作用下,钻杆最大应力发生在内加厚过渡区消失点对应的外壁。在拉伸或弯曲单独作用下,随着长度(Miu)的增加以及半径(R)的增大,内加厚过渡区消失点的应力逐渐减少;在拉伸、弯曲及扭转载荷作用下,随着Miu的增加以及R的增大,内加厚过渡区消失点的应力逐渐减少。当Miu≥140 mm,钻杆最大应力的位置由内加厚过渡区消失点变为内加厚过渡区消失点对应的外壁。

钻杆内加厚过渡区参数优选

钻杆加厚过渡区的内过渡半径(R)及内锥体(Miu)过小,导致表面应力高度集中,引发该区域疲劳失效严重,大大缩短了钻具的使用寿命。通过Ansys有限元软件计算构件的表面应力分布,分析不同的Miu和R对表面应力的影响,优选钻杆过渡区参数组合。

钻杆加厚过渡区刺漏可靠性分析

某井在钻井过程中发现泵压下降,起钻后发现钻杆加厚过渡区刺漏失效。通过对Φ139.7mm×9.17mm钻杆刺漏事故的调查,采用安全可靠性评价技术对该刺漏钻杆进行了腐蚀产物分析、材质分析及钻杆刺漏可靠性分析,认为钻杆刺漏是属于冲蚀疲劳和卡瓦损伤疲劳失效,提出了钻杆刺漏失效的结论及建议。

石油钻杆加厚端过渡区组织及力学性能分析

石油钻杆加厚端过渡区在加工过程中容易出现褶皱、表面粗糙等缺陷。利用光学显微镜分析了37Cr Mn Mo材料石油钻杆在镦锻前后过渡区的组织形貌,测试了硬度、冲击韧性和拉伸性能,同时对其金属流线进行了分析。结果表明,镦锻后钻杆的抗拉强度为950 MPa,屈服强度为840 MPa,硬度为34 HRC,冲击韧性为176 J;调质处理后钻杆材料晶粒细化且均匀紧密排列,无带状组织和夹杂物;镦锻后金属流线沿零件轮廓连续分布,能够提高钻杆径向抗拉强度和轴向抗剪切性能。

钻杆加厚过渡区失效原因分析及预防措施

钻杆在使用中主要承受起下钻、正常钻井、憋钻、卡钻以及处理事故时的强拉、强扭、冲击、振动、内压、旋转交变弯曲等作用力,使用条件十分苛刻,易发生刺漏事故。钻杆加厚过渡带内锥面消失处是钻杆刺漏的主要发生部位,通过现场调查,分析了钻杆加厚过渡带内锥面发生刺漏的原因,制定出预防措施,在现场应用后,刺漏次数明显下降。

钻杆漏磁检测探头的设计

钻杆经常在加厚过渡区与杆体交界处发生穿刺或断裂失效,利用有限元分析软件模拟仿真,通过电磁场数值计算,对钻杆漏磁检测探头进行了磁路分析、结构优化及量化设计。给出了钻杆漏磁检测探头总体结构设计。提出并探讨了探头芯最佳检测姿态及其必要性。设计出了探头芯多个浮动自由度的实现方案。阐述了减少检测盲区的途径及检测探头的模块化设计。实验测试表明:该漏磁检测探头具有检测盲区小、探头芯柔性化、模块化的特征和良好的试用效果。

宝钢钻杆的生产技术实践

钻杆是油井管中服役条件最苛刻,使用性能、质量可靠性要求最高的产品。通过对炼钢、加厚、热处理、矫直、摩擦焊等工序的持续研究,宝钢对影响钻杆质量的关键技术指标,如材质的纯净度、内加厚过渡区Miu长度、韧性、直度等进行了持续改进与提高,满足了不断发展的钻井技术的迫切需求。