石油钻柱的失效原因分析与预防

作     者：张文波 

作者单位：东北石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李士斌;林丹

授予年度：2016年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 082001[工学-油气井工程] 08[工学] 

主      题：钻柱 钻杆 接头 钻铤 失效分析 

摘      要：随着世界经济的发展和人口的增长,能源的需求量越来越大,能源紧张已成为人类面临的最严重问题之一。我国人口众多,因此能源问题对我国显得更加紧迫。石油在世界能源构成中占有十分重要的地位,石油钻柱在油气开采过程中发挥着重要作用。但在地质结构复杂、钻柱工作条件恶劣等情况下,钻柱失效事故频发,这造成了大量的经济损失。本文通过对FH内螺纹接头进行失效原因分析,得出接头刺孔是由于钻杆接头横向性能较差,在轴向、环向拉伸应力及敏感腐蚀介质的综合作用下,在与拉伸应力垂直的位置产生应力腐蚀裂纹,裂纹起源于内表面,以沿晶形式向内部扩展,最后导致应力腐蚀开裂。通过对钻杆的失效事故进行分析得出改进钻杆内加厚锥形结构长度使Miu值达到102mm以上、采用TC2000等钻杆内涂层、PD系列双台肩接头等措施均可提高钻杆的使用寿命;对于地层温度接近90℃且使用海水配制钻井泥浆的工况,由于其极易令钻杆发生CO2腐蚀与氧腐蚀,可选用含Cr量较高的材质制造钻柱,从而达到降低腐蚀速率的目的。通过对失效钻铤进行分析得出,该钻铤属于疲劳破坏失效,疲劳裂纹形成于钻铤内螺纹消失处最后1个～2个螺扣部位,该处单位面积受力较大,存在较大应力集中,容易萌生疲劳裂纹。通过加工应力分散槽,对螺纹根部及应力分散槽进行冷滚压,可改善钻铤内螺纹消失处的应力分布状态,提高钻铤的疲劳寿命。