造成鉆具斷落事故的原因不外乎疲勞破壞、腐蝕破壞、機械破壞及事故破壞, 但它們之間不是獨立存在的,往往是互相關聯互相促進的,但就某一具體事故來說,可能是一種或一種以上原因造成的。
一、疲勞破壞:這是鋼材破壞基本主要的形式之一。金屬在足夠大的交變應力作用下,會在局部區域產生熱能,使金屬結構的聚合力降低,形成微觀裂紋,這些微裂紋又沿著晶體平面滑動發展,逐漸連通成可見的裂紋。一般來說,裂紋的方向與應力的方向垂直,故鉆具疲勞破壞的斷面是圓周方向的。
形成疲勞破壞的原因有:
1、鉆具在長期工作中承受位伸、壓縮、彎曲、剪切等復雜應力,在正常鉆進中處、在中和點附近的鉆具、處理卡鉆事故時的自由段鉆具及在狗腿度大井眼處運轉的鉆具,當這種應力達到足夠的強度和足夠的交變次數時,便產生疲勞破壞。
2、臨界轉速引起的振動破壞。鉆柱旋轉速度達到臨界轉速時,會使鉆具產生振動,有縱向振動和橫向擺動兩種形式,同時在一定的井深這兩種形式的振動還會重合在一起。這種振動會使鉆具承受交變應力,促使鉆具過早地疲勞。
3、鉆進時的跳鉆、別鉆,即可使鉆具產生縱向振動,又可使鉆具產生橫向振動,對受壓部分的鉆具破壞極為嚴重,所以在礫石層中鉆進,容易發生鉆具事故。
4、鉆具在彎曲的井眼中轉動,必然以自身的軸線為中心進行旋轉。這部分鉆桿靠井壁的一邊受壓力,離井壁的一邊受拉力,每旋轉一圈,拉、壓力交變一次,如此形成頻繁的交變應力,促使鉆具早期破壞。
5、天車、轉盤、井口不在一條中心上,轉盤本身形成了一個拐點, 井口附近的鉆具就好像在彎曲井眼中轉動一樣,產生了交變應力。
6、將彎鉆桿接在鉆柱中間,彎鉆桿本身和與其上下連接的鉆桿都要產生彎曲應力。如這段鉆具和大狗腿井段相遇時, 所產生的交變應力是巨大的。
二、腐蝕破壞:
鉆具在惡劣的環境中存放或工作,都會產生腐蝕,這也是鉆具提前損壞的普遍原因之一。 有時幾種腐蝕會同時發生,但是總是以某一種腐蝕形式為主要破壞原因。由于腐蝕使管壁變薄,表面產生凹痕,甚至使鋼材變質,降低了鋼材的使用價值和使用壽命。造成鋼材腐蝕的因素有氧氣腐蝕、二氧化碳腐蝕、硫化氫腐蝕、溶解鹽類
2 腐蝕、各種酸類腐蝕、電化學腐蝕、細菌腐蝕等。
三、機械破壞:
1、鉆具在制造過程中形成的缺陷。
2、鉆具因長期使用中的磨損。
3、處理卡鉆事故時,不恰當地用大力活動。
4、搬運或使用過程中造成了外傷。
5、上扣扭矩不緊或太緊。
6、鉆進時加壓太大,或發生連續別鉆或井下復雜時強扭等。
7、對各種連接螺紋長期使用,而不定期卸開檢查。
8、接頭或鉆桿加厚部分的內徑突變處泥漿易形成渦流。
9、將連接螺紋的規范搞錯。10、中途測試擠壞鉆具。
四、事故破壞:
1、把不同鋼級、不同壁厚、不同等級的鉆桿混同使用, 強度弱的鉆桿總是先遭到破壞。
2、頓鉆造成鉆具折斷。
3、事故倒扣。
4、過失倒扣,如井下復雜時出現別鉆停轉盤后控制倒車不利等
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