疲劳对钻具的影响

一、疲劳对钻具的影响80%的钻具失效与疲劳有关。1.疲劳产生原因如果钻具发生弹性或塑性弯曲变形，钻具每旋转一圈都会产生一次应力，应力集中的管体或接头会逐渐形成微裂纹。钻具每旋转一圈，微裂纹就会扩散一点，如果没有及时发现，最终将导致钻具失效。钻具失效是一个持续的、逐步积累的过程。图14井身结构造成的钻具背弯（bend）（管体失效原因）图15钻压反作用力造成的钻杆和钻铤的S弯（buckle）（井底钻具螺纹失效原因）图16应力—时间周期性变化图2.如何降低疲劳（1）刚开始旋转钻具时，钻压要低（或增加井底钻具的重量），这样能减轻钻杆的S弯（图15）。（2）去除因吊卡牙等咬伤严重的钻具，这些咬伤部位是应力集中点。（3）在很硬的地层钻进时会产生振动，振动能导致钻具失效。通过合理设计井底钻具组合、降低钻压或转速，可减轻振动。（4）控制泥浆腐蚀速度。泥浆腐蚀性越强，微裂纹生长越快。（5）通过其他方式降低钻杆弯曲度（狗腿度）井底钻组组合弯曲度。（6）通过使用MWD（随钻测量）监视和控制钻具振动。为井底钻具选择合适的抗弯强度比（BSR）来降低疲劳影响。（7）制造井底钻具时带有应力减轻结构（应力槽）。图17弯曲强度比图中英文意思：HIGHRISKOFPREMATUREBOXFAILURE：母接头更高的失效几率HIGHRISKOFPREMATUREPINFAILURE：公接头更高的失效几率BALLANCEDCONNECTION：螺纹平衡点MAXIMUMLIFE：最大寿命FATIGUELIFE：失效时间（周期）WEAKBOX：母接头薄弱WEAKPIN：公接头薄弱图18a：公接头带应力槽，母接头孔背结构图18b：公接头刺漏3.应力减轻结构（图18a）由于井底钻具本身刚度大，未啮合（咬合）的螺纹往往成为周期性应力的集中点，应力在钻具转动时产生，在钻具受弯或振动时达到最大，按照标准尺寸加工的应力减轻结构去除了未啮合的螺纹。公接头应力减轻槽加工了一个较大的过渡半径，使得应力分布更加均匀。母接头应力减轻结构（boreback）加工了一个圆柱段，能增加高应力集中区域的弹性。图18b所示为随钻测量（MWD）工具的公接头，由于没有加工应力减轻槽，在最后的为啮合螺纹处产生疲劳裂纹，最终导致接头失效。所有大于NC38（含）的井底钻具都应该带APISpec7规定的应力减轻结构。