【正文】 鉆具交貨時(shí)對(duì)鉆具質(zhì)量的檢測(cè)。 ② 管具公司對(duì)庫(kù)內(nèi)鉆具的修理、 檢測(cè)、 整理、 分類。 螺紋接頭應(yīng)力槽的加工和雙扭矩臺(tái)肩的發(fā)明 ,可以有效的改善螺紋接頭的應(yīng)力分布 ,提高螺紋連接部位的承載能力 ,減少螺紋接頭的疲勞失效 ,提高螺紋連接的疲勞壽命。在復(fù)雜井的鉆探作業(yè)中 ,用雙扭矩臺(tái)肩的鉆具可以有效的提高鉆具承載能力 ,降低鉆具的斷裂失效事故 ,提高鉆具的安全可靠性。加強(qiáng)鉆具使用的管理工作 ,特別是鉆鋌等大剛度鉆具的使用管理 ,建立鉆具使用檔案。鉆具在使用過(guò)程中 ,會(huì)產(chǎn)生疲勞和應(yīng)力集中 ,自然存放一段時(shí)間后應(yīng)力會(huì)消失。現(xiàn)在國(guó)際上疲勞檢測(cè)技術(shù)只有磁記憶的方法 ,而該方法至今仍未有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范。在沒(méi)有辦法解決鉆具疲勞檢測(cè)的情況下 ,采取強(qiáng)制趕扣的措施(車掉一部分舊扣 ,使應(yīng)力集中點(diǎn)前移 ,這種做法已經(jīng)在塔里木和西北局鉆井公司得到推廣應(yīng)用 ,取得了良好的效果)可以減少因疲勞和應(yīng)力集中造成鉆具事故。這就需要各鉆井公司、 管具公司建立鉆具管理使用檔案 ,詳細(xì)記錄鉆具工作使用時(shí)間、 井下情況 ,對(duì)于超深井、 復(fù)雜井等重點(diǎn)井 ,一方面加強(qiáng)超聲波、 磁粉檢測(cè)探傷的頻率 ,另一方面也要根據(jù)鉆具使用時(shí)間及時(shí)對(duì)鉆具進(jìn)行修扣、趕扣。③ 現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員對(duì)入井前鉆具表面質(zhì)量的檢測(cè)。(2)規(guī)范鉆具的操作規(guī)程:① 上扣時(shí)均勻地涂抹干凈清潔的螺紋脂 ,保證螺紋連接的密封性。②控制好上扣扭矩 ,按規(guī)定的最佳上扣扭矩值上扣。③ 避免在操作過(guò)程中鉆具的表面損傷 ,尤其是鉆具密封面的碰傷及鉆桿管體大鉗咬傷。(3)科學(xué)合理的使用鉆具:①鉆具組合時(shí)要充分考慮鉆柱整體的剛度平滑過(guò)渡 ,避免剛度突變點(diǎn) ,如加重鉆桿的使用。② 盡量采用大尺寸的鉆桿 ,改善鉆桿受力的同時(shí)可有效增加處理鉆具事故的能力。③ 鉆井參數(shù)的合理選擇。轉(zhuǎn)速要避免井下鉆柱蹩跳鉆及鉆柱共振的產(chǎn)生。鉆壓要避免鉆桿受壓導(dǎo)致的鉆具屈曲 ,發(fā)生偏磨等。④ 注意泵壓變化 ,及時(shí)發(fā)現(xiàn)鉆具刺漏 ,減小鉆具斷裂事故。⑤ 定期倒換鉆具在鉆柱中的位置 ,改善鉆具的受力情況。(4)加強(qiáng)鉆具的日常維護(hù)與保養(yǎng):① 鉆桿接頭螺紋部位的維護(hù)與保養(yǎng)。② 鉆桿內(nèi)、外壁的泥漿清洗,減小化學(xué)腐蝕和氧腐蝕。③ 對(duì)鉆具易發(fā)生失效的薄弱部位加強(qiáng)探傷檢測(cè) ,及時(shí)發(fā)現(xiàn)萌生的裂紋。3 某公司S135鉆桿理化性能分析某公司S135鉆桿首次在新疆某油田使用，根據(jù)某井地質(zhì)、工程情況，我們對(duì)鉆桿的抗拉、抗扭、抗擠毀和抗內(nèi)壓強(qiáng)度進(jìn)行了校核，結(jié)果表明：該公司S135鉆桿完全能夠滿足某井鉆井作業(yè)要求。 管體化學(xué)成分表31 管體化學(xué)成分元素CMnSiSPCrCuNiTAl含量 %API SPEC 5CT 規(guī)定≤≤ 接頭化學(xué)成分表32 接頭化學(xué)成分元素CMnSiSPCrCuNiTAl含量％API SPEC 7規(guī)定≤≤/ 管體、加厚對(duì)焊區(qū)的機(jī)械性能表33 管體與加厚對(duì)焊區(qū)機(jī)械性能部位MpaσbMpaδ%ψ%Akv1 JAkv2JAkv3 JAkvJ*晶粒度管體1050111367666867加厚端10471124175363676867標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定931～1138≥100≥13/≥47≥54/ 工具接頭的機(jī)械性能表34 接頭機(jī)械性能MPaσbMPaδ%ψ%AkvJ10oC Akv JHB實(shí)際范圍930~10601037~1169~59~6379~11931~66321~354 *10℃橫向沖擊值 4 某公司 S135 鉆桿強(qiáng)度分析計(jì)算 鉆桿抗拉強(qiáng)度計(jì)算鉆桿服役過(guò)程中，不論是起下鉆、接單根還是劃眼正常鉆進(jìn)時(shí)，經(jīng)常作用于鉆桿且數(shù)值較大的力是拉力。所以鉆桿的設(shè)計(jì)主要考慮鉆柱自身重量的拉伸載荷以及遇到卡鉆、處理事故時(shí)的提拉力。根據(jù)API 5C3的定義：管體屈服強(qiáng)度是使管子屈服所需的軸向載荷。對(duì)于某個(gè)特定鋼級(jí)的管子，其屈服強(qiáng)度為管子橫截面積與材料最小屈服強(qiáng)度的乘積，也就是鉆桿的抗拉強(qiáng)度。 管體屈服強(qiáng)度值由下面公式計(jì)算： （4—1）式中 ——管體屈服強(qiáng)度，lb，圓整到最接近1000lb； ——材料規(guī)定的最小屈服強(qiáng)度，psi； ——規(guī)定外徑，in； ——規(guī)定內(nèi)徑，in。 該廠生產(chǎn)的S135鉆桿=127mm，也就是5in，， 為135000psi，也就是931MPa， 帶入公式(41)得到 ；結(jié)果圓整為718000lb，也就是325679kg。接頭的拉伸屈服載荷為1551706Ib(約704319Kg).以上數(shù)值是按最小公稱面積、壁厚和最小屈服強(qiáng)度計(jì)算的理論值，式中使用的屈服強(qiáng)度值不是鉆桿的某特定點(diǎn)開(kāi)始永久變形時(shí)的應(yīng)力值，而是產(chǎn)生一定總形變時(shí)的應(yīng)力。如果管子的載荷達(dá)到此值，就可能發(fā)生永久變形，即要繼續(xù)保持管子直度就顯得非常困難。為了避免此現(xiàn)象發(fā)生，允許最大載荷一定要小于理論抗拉強(qiáng)度，在實(shí)際工作中需選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，~。 鉆桿抗扭屈服強(qiáng)度計(jì)算 鉆桿管體的抗扭強(qiáng)度關(guān)于管體抗扭強(qiáng)度的計(jì)算，Roark所著的《應(yīng)力與應(yīng)變公式》第3版有關(guān)于偏磨鉆桿抗扭強(qiáng)度的計(jì)算討論，現(xiàn)在介紹如下：圖41 偏磨鉆桿偏心孔截面示意圖其中有3個(gè)假設(shè)，作為計(jì)算模型建立的前提：假設(shè)1，鉆桿的截面為偏心孔圓截面。假設(shè)2，在整個(gè)使用期內(nèi)，鉆桿的內(nèi)徑不變，一直等于鉆桿的公稱內(nèi)徑。假設(shè)3，外徑磨損位置固定為一側(cè)，也就是說(shuō)這個(gè)外徑與均勻磨損的外徑不同。這個(gè)模型應(yīng)用在實(shí)際應(yīng)用中是有意義的，但對(duì)于新造的鉆桿來(lái)說(shuō)，磨損未發(fā)生，這樣的偏心孔圓截面模型也還是有意義的，在鉆桿的制造過(guò)程中，沒(méi)有辦法保證外徑圓形截面和內(nèi)徑圓形截面同軸度公差為0，也就是說(shuō)兩個(gè)圓形截面的偏心距是存在的，只是這個(gè)距離比磨損的鉆桿要小，Roark根據(jù)這個(gè)模型推出了鉆桿扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的計(jì)算公式： （4—2）其中： （4—3） 式中 ——扭矩，； ——最小抗剪強(qiáng)度(=)，KPa； ——材料最小屈服強(qiáng)度，KPa； ——規(guī)定外徑，mm； ——規(guī)定內(nèi)徑，mm。由于某井是一口5110米的深井水平井，水平位移680米，水平段距離380米。在鉆井過(guò)程中不可避免地要遇到卡鉆、弊鉆、處理事故等過(guò)扭矩操作。因此鉆桿的抗扭強(qiáng)度是關(guān)鍵參數(shù)。鉆桿接頭的抗扭強(qiáng)度是一個(gè)多變量函數(shù)，這些變量包括鋼材強(qiáng)度、接頭尺寸、螺紋形式、導(dǎo)程、錐度以及配合面螺紋或臺(tái)肩的預(yù)緊力及摩擦系數(shù)等。鉆桿接頭的外徑和內(nèi)徑，在一定程度上決定了接頭的抗扭強(qiáng)度。根據(jù)API RP 7G，鉆桿的抗扭強(qiáng)度按照下列公式計(jì)算： Q＝(4—3)式中 Q——最小扭矩屈服強(qiáng)度，ft1b； Ym——材料最小屈服強(qiáng)度，1b/in2； J——截面慣量，對(duì)于鉆管：J＝π(D4d4)/32=(D4d4)； D——外徑，in； d——內(nèi)徑，in。是壓力單位,1kg/。計(jì)算結(jié)果：管體的抗扭屈服強(qiáng)度為74100 ft1b（100466NM ) 接頭的抗扭屈服強(qiáng)度為63406ft1b (85967NM)。 在拉伸及扭轉(zhuǎn)復(fù)合加載情況下，扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度按下式計(jì)算 （4—4)式中 QT ——拉伸狀態(tài)下的最小扭矩屈服強(qiáng)度。J——截面慣量； D——外徑 in；P——總拉伸載荷 lb；A——橫截面積 in2 Y——材料最小屈服強(qiáng)度 psi；S ——材料最小抗剪強(qiáng)度 psi (S=)。 旋接接頭扭矩計(jì)算鉆桿接頭的抗扭強(qiáng)度是一個(gè)多變量函數(shù)。這些變量包括鋼材強(qiáng)度，接頭尺寸，螺紋形式，螺距，錐度，以及螺紋配合面或者臺(tái)肩配合面的摩擦系數(shù)。采用下面的公式計(jì)算的時(shí)候，摩擦系數(shù)常常被假設(shè)為一個(gè)常數(shù)，但是實(shí)際生產(chǎn)中已經(jīng)證實(shí)，新鉆桿接頭和使用溫度常常影響鉆桿接頭的摩擦系數(shù)。當(dāng)新的鉆桿接頭典型地表現(xiàn)出低的摩擦系數(shù)的時(shí)候，℃的使用溫度能顯著的增大或者減小摩擦系數(shù)，這些情況主要取決于螺紋脂。本文所研究的鉆桿采用的是NC50接頭，鉆桿接頭的設(shè)計(jì)和螺紋形式的選擇原則在API SPEC 7中的論述時(shí)這樣的：。該接頭的螺紋參數(shù)是按照API SPEC 7標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，現(xiàn)在對(duì)該鉆桿接頭抗扭強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算：鉆桿接頭旋接扭矩推薦值的計(jì)算是以所有的螺紋和臺(tái)肩端面均涂滿螺紋脂為前提，以材料最小屈服強(qiáng)度的50％為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算的。旋轉(zhuǎn)臺(tái)肩連接屈服的扭矩： （4—5）式中 Ty——產(chǎn)生屈服的旋轉(zhuǎn)扭矩； Ym——材料最小屈服強(qiáng)度，psi； P——螺距，in； f——螺紋和臺(tái)肩的摩擦系數(shù)； θ——牙型角的 1/2； =，mm； Lpc——外螺紋長(zhǎng)度in； Rs——1/4()； A——橫截面積，in2。 圖42 接頭連接示意圖計(jì)算得：鉆桿接頭旋轉(zhuǎn)扭矩為31703I ft1b=43810NM 鉆桿抗擠強(qiáng)度計(jì)算API Bull 5C3中給出了幾個(gè)計(jì)算鉆桿抗擠毀強(qiáng)度的公式（推導(dǎo)過(guò)程見(jiàn)附錄A），給定了D/t范圍，也就是說(shuō)確定了該用哪一個(gè)公式來(lái)計(jì)算的，而并不是由這些公式中給出最小擠毀壓力的公式確定的，現(xiàn)在將幾個(gè)公式介紹如下： 屈服強(qiáng)度擠毀壓力計(jì)算公式屈服強(qiáng)度擠毀壓力并不是真正的擠毀壓力，它實(shí)際上是使管子內(nèi)壁產(chǎn)生最小屈服應(yīng)力Ym而施加的外壓力Py，由公式（4—6）計(jì)算： （4—6） 式中 ——鉆桿外徑； t——壁厚。計(jì)算屈服強(qiáng)度擠毀壓力的公式(46)所使用的為：≤，其中由公式(4—6)與(4—8)共同決定的公式（4—7）計(jì)算: （4—7）屈服強(qiáng)度擠毀壓力公式適用的范圍見(jiàn)下表：表41 屈服強(qiáng)度擠毀壓力的公式的范圍鋼級(jí)范圍H—40≤—50≤J—K—55≤—60≤—70≤C—E—75≤L—N—80≤C—90≤C—T—X—95≤—100≤P—G—105≤P—110≤—120≤Q—125≤—130≤S—135≤—140≤—150≤—155≤—160≤—170≤—180≤注：表中未給出字母符號(hào)的鋼級(jí)不是API規(guī)定鋼級(jí)，而是正在使用或考慮使用的鋼級(jí)以供參考 塑性擠毀壓力公式塑性范圍擠毀壓的最小擠毀壓力由公式(4—8)計(jì)算： （4—8）最小塑性擠毀壓力公式適用的范圍為: ，其中由公式(4—7)計(jì)算，由公式(4—8)與過(guò)渡擠毀壓力公式(410)共同確定的公式(4—9)計(jì)算: （4—9） 塑性擠毀公式中的系數(shù)及使用的范圍見(jiàn)表（4—2）：表42 塑性擠毀壓力的公式的范圍和公式系數(shù)（1）（2）（3）（4）（5）鋼級(jí)公式系數(shù)范圍ABCH—40754～—501056～J—K—551206～—601356～—701656～C—E—751806～L—N—801955～C—902254～C—T—X—952404～—1002553～P—G—1052702～P—1102852～—1203151～Q—1253301～—1303451～S—1353601～—1403751～—1504053～—1554204～—1604356～—1704660～—1804966～注：表中未給出字母符號(hào)的鋼級(jí)不是API規(guī)定鋼級(jí)，而是正在使用或考慮使用的鋼級(jí)供參考。 過(guò)渡擠毀壓力公式從塑性到彈性過(guò)渡區(qū)的最小機(jī)會(huì)壓力由公式(4—10)計(jì)算： （4—10）過(guò)渡擠毀壓力公式使用的范圍為：，其中由公式（4—9）確定，由公式(4—10)與彈性擠毀壓力公式 (4—12)共同確定的公式(4—11)計(jì)算： （4—11）過(guò)渡擠毀壓力公式中的系數(shù)及使用的范圍見(jiàn)表（4—3）：表43 過(guò)渡擠毀壓力的公式的范圍和公式系數(shù)鋼級(jí)公式系數(shù)范圍FGH—40～—50～J—K—5