钻具失效分析
钻具常见失效形式
钻具常见失效形式钻具是石油勘探开发中不可或缺的工具，对于钻探工程来说，钻具的质量和使用寿命直接影响到钻井的效率和成本。
由于石油勘探开发工况的复杂性和钻井作业的多变性，钻具在使用过程中往往会出现各种各样的失效形式。
了解钻具常见失效形式，可以帮助钻井工程师及时发现和解决问题，确保钻具的安全和持久使用。
1. 磨损磨损是钻具常见的失效形式之一，主要包括表面磨损和结构磨损。
表面磨损是指钻具外表面由于与地层岩石的摩擦而导致的表面磨损，主要表现为钻头表面的磨损、钻杆外皮的磨损等。
结构磨损是指钻具内部结构件的磨损，主要包括钻头内部切削结构、连接螺纹等的磨损。
磨损会导致钻具的使用寿命缩短，降低钻井效率，甚至引起严重事故。
2. 疲劳钻具在钻井作业中长时间遭受重复的受载作用，往往会引起材料的疲劳损伤。
疲劳是指在受循环加载下，材料的损伤逐渐积累而最终导致断裂的一种失效形式。
在钻具中，主要表现为钻杆和钻头的疲劳断裂。
由于疲劳断裂的失效形式隐蔽性强，一旦发生可能会造成严重的事故。
在钻井作业中，必须对钻具进行严格的疲劳监测和检测。
3. 腐蚀腐蚀是指钻具在工作液的作用下，材料表面的化学腐蚀或者局部腐蚀而引起的失效形式。
在钻井作业中，作业液中的化学物质和地层岩石中的化学物质会对钻具造成不同程度的腐蚀。
腐蚀会降低钻具的强度和韧性，加快钻具的失效速度。
对于钻具的材料选择和表面处理，必须考虑到腐蚀的影响。
4. 硬件故障硬件故障是指钻具中各种机械连接件、密封件、润滑件等的故障失效。
在钻具中，涉及到大量的机械连接和密封，因此硬件故障是钻具常见的失效形式之一。
硬件故障可能会引起润滑不良、连接螺纹断裂、密封失效等问题，严重影响钻井作业的安全和效率。
5. 裂纹裂纹是指钻具中材料内部或者表面的裂纹。
裂纹可能是由于制造过程中的缺陷、运输过程中的损伤以及工作过程中的受载损伤而引起。
裂纹引起的失效形式主要表现为断裂、塑性变形失效等。
对于裂纹的监测和检测是保障钻具使用安全和延长使用寿命的重要手段。
油田钻具失效原因分析及控制措施研究
油田钻具失效原因分析及控制措施研究随着石油工业的发展，油田钻具的需求量不断增加。
由于工作环境的特殊性和工作强度的增加，油田钻具的失效问题成为制约油田钻井效率和安全生产的重要因素。
为了有效预防油田钻具失效，提高钻井作业的安全性和效率，对油田钻具失效原因进行分析，研究相应的控制措施显得尤为重要。
一、油田钻具失效原因分析油田钻具失效是指在油田钻井作业中，钻具因受到外部或内部原因影响，导致其性能或功能丧失，无法继续使用或达到预期效果的现象。
钻具失效的原因主要包括以下几个方面：1. 腐蚀油田钻具在使用过程中常常接触到高盐度的地下水、油气等介质，这些介质中的氧化物、硫化物等成分会对钻具材料产生腐蚀作用，加速钻具的老化和损坏。
2. 磨损钻井作业现场的地质条件多变，地下岩层的硬度和结构不一，油田钻具在与岩层接触摩擦过程中容易产生磨损，导致钻具的表面质量下降，甚至失去使用价值。
3. 疲劳油田钻井作业需要持续高强度的冲击和扭转力，长时间的工作状态容易使钻具受到疲劳损伤，导致材料出现微裂纹，最终引起失效。
4. 灼烧在高温高压环境下，油田钻井作业会引起钻具部分区域的受热，导致钻具表面温度过高，造成钻具的部分材料灼烧，降低钻具的使用寿命。
5. 设计缺陷有些油田钻具的设计结构、材料选择等存在缺陷，使用过程中容易产生应力集中、磨损加剧等问题，进而引发失效。
6. 错误操作在钻井作业过程中，如果操作不当，例如冲凿过程中过大的冲凿力或者转动速度等，会对钻具造成不可逆损伤，导致失效。
二、油田钻具失效控制措施研究为了有效控制油田钻具的失效问题，减少对油田钻井作业的影响，需要采取以下一些措施：1. 材料选择钻具材料的选择是减少钻具失效的重要手段。
要选择抗腐蚀性能好、抗磨性能高、抗疲劳性能优秀的特种合金钢或复合材料，以提高钻具的使用寿命。
2. 表面处理通过表面处理技术，如热处理、涂层等，提高钻具的表面硬度和耐磨性，延长钻具的使用寿命。
对钻具进行防腐蚀处理，减少腐蚀对钻具的影响。
钻具常见失效形式
钻具常见失效形式钻井是钻孔采取地层样品的方法，也是勘探石油、天然气最常用的手段。
在钻井过程中，钻具是至关重要的组成部分，其承担着钻孔、转动、传递钻压等功能。
但是钻具在实际使用过程中，受到摩擦、振动、腐蚀等多种因素的影响，使得其出现各种失效形式。
下面我将详细介绍钻具常见失效形式。
一、弯曲失效弯曲失效是指钻具管柱的弯曲度超出正常设计范围，严重时会导致钻杆破裂。
导致弯曲失效的原因可能是以下几方面：1、地质条件：地下岩体变化、地层压力、地下水位等。
2、工况因素：如转速、下荷、井深、钻头型式、推进速度等。
3、管柱的质量：如供应商的加工技术、材料的质量等。
为避免弯曲失效，可以在钻具选择上合理匹配井的地质条件，控制钻井参数的调整，保证管柱的质量等。
二、断裂失效断裂失效是指钻具在钻井过程中发生的破裂现象。
断裂失效原因主要是钻杆的材料强度和切向和轴向载荷。
在挖掘过程中，管柱承受大量的重量和摩擦力，而断裂失效主要由以下因素导致：1、钻杆设计:如果钻杆材料不足以承受挖掘压力，钻杆可能会断裂。
2、钻杆的运转状态:如果钻杆被曲折，扭曲或振动，则管柱可能会断裂。
3、环境影响:如果钻井环境温度变化剧烈，钻杆可能会收缩或扩张，然后从而导致断裂失效。
为避免断裂失效，需要选择适当的钻头和井深，定期更换老化的钻杆，使用高质量的钻具，确保钻杆金属的断裂强度和高强度的金属性质能够抵抗外部的载荷。
三、疲劳失效疲劳失效是指由于钻井过程中的啮合、转动、振动等作用，使得钻具的材料受到多次反复的载荷作用而导致的失效。
疲劳失效通常是由以下原因引起的：1、超负荷：如果管柱承受超出其载荷极限的应力，随着时间的推移，它们将在高载荷情况下疲劳。
2、变形：如果管柱在钻井过程中出现变形，如扭曲、振动等，其疲劳极限会降低。
3、环境因素：诸如温度、酸碱性等环境因素可能导致钻具的材料受到损害。
为了避免疲劳失效，以下是几个重要的措施：1、选择尽可能高的钻杆金属强度。
2、控制切削转速，减少外部载荷情况下的功率。
油田钻具失效原因分析及控制措施研究
油田钻具失效原因分析及控制措施研究油田钻具是石油勘探和开采中不可或缺的重要设备，在石油生产中发挥着至关重要的作用。
在长时间的使用过程中，油田钻具可能会出现失效现象，不仅会造成生产中断和设备损坏，而且还会对环境和人员安全造成潜在威胁。
深入分析油田钻具失效的原因，并提出相应的控制措施，对于提高油田钻具的使用寿命和运行安全具有重要意义。
一、油田钻具失效原因分析1. 磨损和疲劳油田钻具在长时间的作业过程中，受到重复的载荷和振动影响，容易发生磨损和疲劳现象。
特别是在复杂地层条件下，磨损和疲劳问题更为突出，导致钻具寿命大大缩短。
2. 腐蚀油田钻具长期处于恶劣的地下环境中，容易受到泥浆、酸性物质等腐蚀介质的侵蚀，导致钻具表面损坏，甚至出现龟裂、脱落等现象。
3. 设计缺陷油田钻具的设计缺陷也是造成失效的重要原因。
在受力分布不均匀的情况下，可能导致部件断裂；在钻具的连接部位存在设计缺陷时，也容易发生失效。
4. 质量问题油田钻具的质量直接影响着其使用寿命和安全性能。
一些没有经过严格检测和质量控制的钻具可能存在隐患，容易出现失效问题。
5. 错误使用油田钻具的错误使用也是造成失效的重要原因。
操作人员对于钻具的使用不当，或者不符合设计要求的使用方法，容易导致失效。
二、控制措施研究1. 强化维护管理加强对油田钻具的维护管理，定期进行检查和维修，及时发现并修复磨损、腐蚀等问题，可以有效延长钻具的使用寿命。
2. 加强质量控制对油田钻具的生产过程进行严格的质量控制，确保钻具的质量符合设计要求，避免因质量问题造成的失效现象。
3. 完善设计改进油田钻具的设计，提高其受力均匀性和耐腐蚀性能，减少设计缺陷对钻具寿命的影响。
4. 增强人员培训加强对油田钻具使用人员的培训，提高其对钻具正确使用和维护的认识，减少因误操作导致的失效。
5. 强化监测技术引入先进的监测技术，对油田钻具进行实时监测，及时获取钻具的工作状态信息，可以有效预防失效的发生。
钻具失效分析
钻具失效分析钻具失效分析一、失效分析概论1、失效的定义部件或零件处于下列状态之一时:, 完全不能工作;, 可以工作，但功能效果不能令人满意;, 受到严重损伤，可靠性、安全性受到影响。
2、失效的过程与分类过程:损伤萌生------积累扩展------破坏。
分类:疲劳破裂失效---------过程比较长，发展速度比较缓慢;解理断裂失效---------过程短，速度快。
3、失效分析的意义失效分析———按一定的思路和方法判断失效性质、分析失效原因、研究失效事故处理方法和预防措施的技术活动及管理活动。
意义有:, 减少和预防同类失效现象重复发生;, 为技术开发、技术管理、技术改造和进步提供信息、方向、方法和途径;, 为事故责任认定提供科学的技术依据;, 是质量管理中重要组成部分。
4、失效分析的基本思路, 对具体服役条件下的零部件进行具体分析，从中找出主要的失效形式及主要失效抗力指标;, 运用金属学、材料强度学和断裂物理、化学、力学的研究成果，深入分析各种失效现象的本质，揭示失效机理。
, 在对零部件力学条件、环境条件、产品质量和使用情况进行综合分析1基础上，确定造成失效的原因。
, 研究失效抗力指标与材料因素、工艺因素、结构因素、载荷与环境及使用因素的关系，提出预防失效再发生的措施。
5、失效分析的程序和步骤失效分析程序图:失效(故障)发生调查加工和服役历史现场调查及残骸分析初步观察分析无损检测分析宏观断口分析截取试样金相分析微观断口分析化学成分分析常规力学分析确定失效的性质综合分析确定失效的原因下步改进的措施2整个失效分析过程应重点抓着以下几个环节:(1) 收集失效件的背景数据。
主要包括加工制造历史、服役条件和服役历史。
(2) 失效件的外观检查。
包括:, 失效件的变形情况，有无镦粗、下陷、内孔扩大、弯曲、缩径、断面解理形状等;, 失效件表面的加工缺陷，如:焊疤、折叠、瘢痕、刮伤、刀痕、裂纹等。
, 断裂部位所在的位置，是否在键槽、尖角、凹坑等应力集中处。
钻具常见失效形式
钻具常见失效形式钻具是岩石钻探工作中必不可少的工具，它们在矿山、建筑、石油和天然气钻井等领域都有广泛应用。
然而，由于各种因素影响，钻具往往会出现各种失效形式，影响钻探单位的工作进度和成本。
下面是钻具常见的失效形式以及相应的解决方案。
1. 磨损和疲劳钻具在长时间使用和高强度工作后会出现磨损和疲劳现象，这会导致钻头的速度和效率下降，同时也会对钻工的安全性产生威胁。
钻具的磨损和疲劳是常见的失效形式，解决方案是经常对钻具进行检查和保养，及时更换磨损的部分，以提高钻具的使用寿命。
2. 断裂和破裂断裂和破裂是钻具失效的严重形式。
这通常是由于钻头在进入岩石或土壤时遇到了太大的阻力或被夹住了，导致钻具发生严重变形或直接折断。
解决方案是合理选择钻具和使用合适的钻探技术，合理控制钻井速度和力度，充分准备工作，防止出现异常情况。
3. 堵塞和卡住当钻头进入非常松散或黏性物质时，就容易出现堵塞和卡住的问题。
堵塞和卡住不仅会导致钻具失效，还会对岩石钻探工作产生危险。
解决方案是使用合适的钻具和钻探技术，尤其对于黏性物质，应该采取特殊措施，如喷洒泡沫或水混合物等。
4. 腐蚀和氧化在某些特殊的环境中，如海洋或酸性土壤中，钻具会经受到腐蚀和氧化。
这会导致钻具的表面变脆，出现裂纹和破损。
解决方案是选择抗腐蚀和抗氧化的钻具材料，对钻具进行定期检查和保养，避免在腐蚀条件下使用钻具。
总的来说，钻具的常见失效形式有很多，但是如果采取正确的措施，可以很好地防止钻具失效。
因此，岩石钻探工程中，对于钻具的选择、使用和维护都需要严谨对待，以确保钻工的安全和工作效率的提高。
油田钻具失效原因分析及控制措施研究
油田钻具失效原因分析及控制措施研究油田钻具失效是指在钻井作业过程中，钻具出现各种故障，无法正常运转或达不到预期的使用寿命。
这会严重影响钻井的进展和效率，增加作业成本，甚至导致事故的发生。
对油田钻具失效的原因进行分析并研究相应的控制措施，对保障钻井作业的持续进行和安全生产具有重要意义。
油田钻具失效的原因主要有以下几方面：1. 动力系统失效：动力系统失效包括电机、液压系统、传动装置等故障。
这些故障可能是由于组件磨损、润滑不良、密封件老化等原因导致的。
控制措施包括定期进行设备维护保养，检查机械零部件的磨损情况，加强润滑管理，更新老化的密封件等。
2. 钻头失效：钻头是钻井作业中最容易失效的部件之一。
其失效原因主要有磨损、断刃、堵塞等。
钻头磨损主要是由于井壁岩石的磨蚀作用，尤其是含有砂岩和碳酸盐岩的地层，需要采取合适的防磨措施。
断刃则是指钻头刃部发生断裂，这主要是由于受到过大的冲击或拉伸力造成的。
堵塞则是指钻头刃部被岩石屑、胶结物等物质堵塞，导致无法正常进行钻井作业。
控制措施包括选择合适的钻头材料和结构，进行定期的检查和维护，及时清理堵塞物等。
3. 钻柱及井筒失效：钻柱及井筒是支持钻头和输送钻杆的关键部件，其失效会导致整个钻具系统无法正常工作。
钻柱失效主要是由于疲劳断裂，其原因可能是工作条件超过了其承载能力，也可能是材料质量问题。
井筒失效则是由于井壁结构破坏，主要原因是岩石的强度不够，造成井壁塌陷。
控制措施包括合理设计钻柱和井筒的结构，选择合适的材料，定期进行强度检测和防腐处理等。
4. 钻井液失效：钻井液失效主要指钻井液性能下降，无法满足钻井要求。
钻井液性能下降的原因很多，包括固相物质浓度过高、润滑性能不佳、过滤性能下降等。
这些都可能导致钻井液与井底温度、地层压力不匹配，从而出现井壁稳定问题。
控制措施包括定期检测钻井液性能，及时调整配方，控制固相物质浓度和酸碱度，保证钻井液的稳定性能。
钻井作业中油田钻具失效的原因较多，但通过合理的控制措施可以减少其发生概率。
钻具稳定器失效分析
钻具稳定器失效分析:稳定器工作千米以上的井下,受静压力、应力、温度以及空气、水、钻井液等应力、温度以及空气、水、钻井液等环境介质的影响疲劳断裂、烧伤及腐蚀情况时有发生,恶劣的工作条件加上制造时有发生,恶劣的工作条件加上制造工艺、材质选择、产品后期管理和使用方法的因素,使用得稳定器的失效具有就生产现场而言,稳定器主要存在以下几种失效方式。
1.钻具稳定器螺旋主体磨损失效。
稳定器螺旋主体外表面紧贴井壁,在工作时存在较高的相对运动,坚硬的井壁作为磨料破坏着稳定器,造成稳定器壁厚减薄,丧失扶正功能,承载能力下降,同时会在稳定器表面产生划痕,此工况下主要失效形式表现为磨料磨损,其控制机理主要为显微切削。
为了增加稳定器的耐磨性,也采用在稳定器表面镶嵌研制合金的作法,但由于硬质合金工作时脱落的情况也十分严重,脱落的硬质合金碎块不但造成钻进进程缓慢同时也恶化了稳定的工作环境。
2.钻具稳定器主体过载断裂。
稳定器的过载断裂是由于工作载荷超过了构件的承载能力引起的。
一方面由于选材及稳定器热处理不当造成材料晶相组织不良导致材料强度达不设计要求,承载面积减少使结构强度下降,另一方面是工作负荷过大造成失效。
3.钻具稳定器螺纹失效。
3.1螺牙倒扣和密封失效。
稳定器在工作时转速不是均匀的,特别是在突然加速时,扭矩突然增加,稳定器与井壁、公扣母扣的交互作用在接头产生高温,高温高压密封脂从螺纹间隙溢出,可能造成螺牙倒扣从而引起密封失效。
3.2胀扣、黏扣及滑脱在较高的工作压力下,强制性地使用公扣进入母扣很容易引起母扣胀开或黏扣,从而造成联接失效,上紧扭矩过高或井下产生过高扭矩时也会因胀。
3.3钻具稳定器螺纹的其它失效。
当螺纹锥度较大时,上紧数未达到适当圈数而扭矩就已达到设计值,稳定器在承受轴向力时就易发生脱扣,此外还可能产生螺纹断裂、螺牙剪切失效。
3.4钻井环境条件恶劣引起失效。
随着钻井深度的增, 地层温度按2. 4℃～310℃/100 m的梯度增加,若以井深度为3 000 ,米计算,地层温度可达100℃左右,钻井所产生摩擦热在井底温度可达100℃,随着井深增加此温度还会增加很多,在这样的高温下,钻井过程中遇到的腐蚀介质氧、二氧化碳、硫化氢、溶解盐类具有更好的反应条件造成钻具稳定器腐蚀加剧,更为严重的是稳定器和井壁高速摩擦所产生的热量如果不能得到很好的传递,稳定器外表温度可达到马氏体相变温度以上,这将严重影响材料的金相组织和物理特性。
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摩擦裂纹
钻具与井壁或套管摩擦。
瞬时产生大量摩擦热。
局部温度超过材料相变温度，
金相组织变化。 组织应力和热应力超过材料 破断强度。 产生摩擦裂纹。
粘扣 内外螺纹旋合摩擦干涉，表面温
度急剧上升，使内外螺纹表面发 生粘结。由于上卸扣内外螺纹有 相对位移，粘扣常伴有金属迁移。 一般粘扣属于粘着磨损。如果有 沙粒或铁屑等硬质颗粒，粘扣为 磨粒磨损和粘着磨损。
无磁钻铤
磁导率很低的不锈钢制成的圆柱钻
铤。 当磁场强度为1×105/4π A/m时，相 对磁导率μ r 应小于1.010。 沿内孔任意相距100mm的磁感强度梯 度不应大于0.05 Μ t。 材料不应存在晶间腐蚀开裂。
保证测井仪器（利用磁性原 理）的测量结果准确性， 保证井眼轨迹符合要求。 用于定向井、水平井、大 位移井和要求很高的直井。
钻井参数对钻具使用寿命的影响 钻压
钻压过大，中和点易移到加重钻杆或 钻杆。 增加钻铤的弯曲载荷。 转速 转速过快钻柱在井眼摆动厉害，钻柱 受力情况恶化。
地层岩性对钻具使用寿命的
影响
硬地层使钻具磨损加剧，易产生
摩擦裂纹。容易发生跳钻、蹩钻 事故，使钻具受力条件更加苛刻。 蠕变地层容易导致卡钻事故。
大水眼）
过载断裂
钻具稳定器偏心脆断
钻杆直角台肩疲劳断裂
钻铤外螺纹疲劳断裂
钻杆内加厚过度带刺穿
钻杆内加厚过度带热蚀后对比
不同钻杆腐蚀速率对比（1.7～2.3倍）
H2S导致钻杆应力腐蚀断裂
钻铤本体断裂
钻杆内螺纹接头胀大
钻内螺纹接头摩擦螺纹
钻杆接头磨损
油管粘扣
震击器内螺纹龟裂
BSR=2.54:1 • 内径71.4mm BSR=2.73:15 API钻具数字螺纹接头 推广应用
•数字螺纹接头命名 •数字螺纹接头优点 •推广数字螺纹接头存 在问题
• 数字螺纹接头命名 • 螺纹中径尺寸 NC50 C=5.0417in NC38 C=3.808in
钻柱作用
提供从钻机到钻头的钻井
液通道，输送钻井液。 把地面动力（扭矩）传递 给钻头并给钻头加压。 起下钻头。
通过钻柱了解和观察钻头
工作情况、井眼情况和地 层情况。 进行取心、处理井下事故， 打捞落物，挤水泥等作业 对地层流体及压力情况进 行测试和评价。
加重钻杆 用于钻铤与钻杆过渡区，缓
Ym /32 (ft-lb)
Q=管体扭曲强度； D=管体外径，in; d=管体内径，in。
•API 规定Ty/Q0.8
• 5in9.19mm G105 NC50 钻杆扭曲强度校核
• d=3.25in(82.6mm)
Ty/Q=0.89
• d=3.75in(95mm)
Ty/Q=0.66
• 钻铤弯曲强度校核
塔指钻具失效
会战初期震击器、钻具稳定器、
转换接头、钢丝绳、取心工具失 效事故多。 目前钻杆失效、工具等失效事故 多。 吊卡事故发生多起。
• 几种常见的钻具失效形式
• 断裂 •过载断裂 • 脆性断裂 • 疲劳断裂 • H2S应力腐蚀开裂 • 内螺纹接头胀大 • 摩擦裂纹 • 粘扣 • 结构不合理导致失效
• 数字螺纹接头优点 螺纹牙底圆弧半径大 • NC V-0.038R • IF 平底，0.015r •REG 4 1/2in,0.020R 4 1/2in,0.025R
•FH 0.020R(3 1/2FH, 4 1/2FH), 0.025R(6 5/8FH) 0.015r(4FH 平底)
• 全面推广数字螺纹接头 存在问题 • 部分数字螺纹接头 未用(4 3/4in NC35, 8in NC56,9in NC61) • 修扣质量不能保证
• API RP 7G 钻井设备 设计和操作推荐作法
规定了钻具的扭转性能、拉 伸性能、上扣扭矩、钻杆接头 扭转性能计算、钻杆分级和钻 铤弯曲强度比计算等。
SY/T
5144 钻铤 SY/T 5290 钻杆接头 GB 9253.1 石油钻杆接头螺 纹 SY/T 5200 转换接头 SY/T5146 整体加重钻杆
限，避免钻杆疲劳破坏。 钻杆接头对井壁的侧向力不 超过规定值，以防止钻具过 度磨损、钻杆接头热裂等。
全角变化率（狗腿度严重度）定义
及计算
在一定长度井段内（25m或100ft）包括 井斜角和方位角的空间井斜变化量
Gab＝25/ΔLab{(αa- αb)2 + Δφ 式中：
2 2 [(α - α )/2]}1/2 sin ab a b
钻具失效分析 及钻井设
备简介
• 内容
• • 钻具受力及要求
• 标准简介 • 钻具强度校核 • API 钻具数字螺纹接头 全面推广应用 • 钻具失效分析及预防 • 套管失效分析及预防
钻柱受力及要求
钻柱组合 钻柱作用 井身结构
钻柱受力
钻具性能要求
下部钻柱还包括
稳定器
减震器 震击器等
2 2 AP=(C-B) -ID /4
C=螺纹中径（距密封台肩 5/8 ）, in;
ID=外螺纹接头内径，in; B=2(H/2-Srs)+tpr1/8 1/12
H=不截顶螺纹高度，in;
Srs=螺纹截顶高度, in;
tpr=锥度，in/ft。
•管体扭曲强度
4 4 Q=0.096167(D -d )
3 标准简介
• API 钻具标准
• API SPEC 5D 钻杆规范（ISO 11961-1996）
• API SPEC 7 旋转钻井设备规 范
• API RP 7G 钻井设备
设计和操作推荐作法
• API SPEC 5D 钻杆规范 该规范内容包括所有 钢级的无缝钻杆管体及其 制造方法、化学成分和机 械性能要求、试验方法和 尺寸要求。
• API BULLETIN 5C3 套管、油管、钻杆和管线 管性能计算公式公报
提供了不同管子性能的计 算公式及有关其它发展和应用 的资料。
•API RP 7A1 旋转台肩接 头螺纹脂试验推荐作法
规定了钻具螺纹脂的材 料和试验方法。
API标准级别
包含了绝大多数管材、工具的尺寸
规格、钢级，解决了互换性问题。 API 标准早，在全世界范围引用。 API 标准不是最高标准，油田应根 据井况制订订货补充技术条件。 API 标准没有包括所用的标准，有 待我们完善补充。
粘扣原因
内外螺纹不匹配
表面处理质量差
螺纹脂质量差或有硬质异
物 偏斜对扣 开始上扣时速度过快
磷化质量
厚度（套管螺纹）
国外0.015mm
国内0～0.005mm
镀锌层质量（套管）
厚度 国外0.015mm
~0.025mm 国内一次上卸扣磨掉
• 钻具失效分析及预防举例
• 过载断裂、脆性断裂 • 钻铤内外螺纹接头断裂（BSR， 疲劳） • 钻铤两端内孔不同心在内壁形成 台肩造成淬火裂纹 • 钻杆接头吊卡台肩位置断裂 • 钻杆外螺纹接头断裂（疲劳、
• API SPEC 7 旋转钻井 设备规范
规定了从水龙头转换接 头到钻头的所有旋转钻井 设备的尺寸规格（除钻杆 管体外）、螺纹接头类型
及测量方法、标准量规及 测量方法、接头和钻铤的 机械性能。还包括小直径 工作管柱、转盘、轴系、 钻井泵零部件、水龙带和 刹车块的尺寸要求。在附 录里还包括:
（1）地区量规、校对量 规和工作量规的保管与使 用； （2）钻井泵的维修； （3）水龙带； （4）旋转接头的润滑等 推荐作法。
井身结构
钻柱受力
起下钻过程：
井越深、钻柱越长、钻具
尺寸越大、钻柱重量越大， 上部钻柱所受拉力越大。 泥浆密度越大，其浮力对 上部钻柱拉力影响越大。
起车或刹车过猛，会引
起附加载荷。 井眼不规则会引起阻卡 现象，使钻柱受力发生 变化。
钻进过程中钻柱受力
中和点及附近受力 钻柱上不受拉力又不受压力的位置称为 中和点。中和点将钻柱分为下部钻柱和 上部钻柱。 钻头在井底工作不稳定和不均匀送钻操 作，会使中和点移动。 中和点受交变载荷。 钻压不超过钻铤重量的80％，保证中和 点在钻铤上。
4 钻具强度校核 • 钻杆扭曲强度校核
• 钻铤弯曲强度校核
Ty=YmA(p/2+Rtf/cosθ-RS) Ty=屈服扭矩, ft-lbs; Ym=最小材料屈服强度, PSI; p=螺距, in;
• 钻杆扭曲强度校核 • 接头扭转强度
f=摩擦系数, 选用API 钻具螺 纹脂时摩擦系数 为0.08; = 螺纹牙形半角; Rt=C+(C-(LPC-0.625tpr1/12)/4 LPC=外螺纹长度, in; RS= (OD+Qc)/4, in; A=距密封台肩3/4in处外螺纹横 截面积(AP), 或者距密封台肩 3/8in处内螺纹横截面积(Ab);
BSR
4 4 4 4 =[(D -b )/D)]/[(R -d )/R)]
式中：BSR — 弯曲强度比； D — 钻铤外径；
b —外螺纹端部对
应内螺纹牙底直径; b — 外螺纹端部对应的 内螺纹牙底直径； R — 距台肩19.05mm处 外螺纹牙底直径; d — 钻铤内径。
• 177.8mm钻铤NC50接头 • 内径57.2mm
下部钻柱受力 下部钻柱（钻铤）大部分重量施
加给钻头破碎岩石 扭矩 弯曲 磨损
上部钻柱受力 扭矩 中和点以上钻柱重量
井口钻柱断面上所受扭力和
拉力最大。
钻柱震动
纵向震动（跳钻）引起交变应力。
井底反扭矩引起扭转震动（蹩钻），
产生交变应力。
卡钻
活动钻具上提，易发生过载。
6 钻具失效分析及预防
• 失效定义 • 失效分析 • 几种常见的钻具失 效形式 • 钻具螺纹的载荷分布 • 钻具失效分析及预防