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地质钻杆开裂的原因是什么?怎么避免?

添加时间:2019-02-20
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地质钻杆开裂的原因是什么?怎么避免?


地质钻杆较可怕的失效形式是钻杆的开裂。钻杆在导向、定向钻进铺管过程中一但开裂,将会对工程构成严峻影响,不仅是经济上的丢失,并且影响工期,失去信誉,后果不堪设想。因而,作为施工企业,必定要学会怎么正确地挑选和运用钻杆;而作为钻杆生产厂家,要知道非开挖工程对钻杆的特殊要求,生产出高强度、高弹性和高可靠性的钻杆。


钻杆失效(首要是开裂)发生的原因:除钻杆本身质量问题外,施工中不妥的操作是使钻杆失效的首要原因。


1、 钻杆首要失效形式及原因剖析


非开挖导向、定向钻进用钻杆往往在遭到较大拉力和扭力效果的一起,还遭到曲折力的效果。钻杆通过曲线段时,钻杆被迫曲折,弧线内侧受压应力效果,弧线外侧受拉应力效果。当钻杆在曲线段旋转时,杆体就遭到拉压交变应力的作力,而钻孔曲率半径越小交变应力就越大。研讨标明,这个交变应力到达必定值后,就较容易使钻杆发生疲惫裂纹。钻杆刚开始发生的疲惫裂纹疲惫裂纹非常微小,肉眼很难发现,但疲惫裂纹发展速度较快,较终表现为突然的脆性开裂。实验证明,钻杆受交变应力效果而疲惫开裂是非开挖钻杆开裂失效的首要原因。许多钻杆在施工导向孔时发生开裂事端就佐证了这一定论。


目前我国的非开挖施工部队有许多是经验丰富素质高的专业公司,但更多的是临时拼凑起来的没有任何施工经验和技术的部队,他们往往连钻杆(或钻孔)的曲率半径都没听说过,让他们来指挥非开挖施工是构成钻杆开裂的人为方面的首要原因。


2、 避免钻杆非正常失效的办法


根据钻杆的失效原因剖析,钻杆除正常磨损而失效外,钻杆的非正常失效原因可分为为两个方面:工人操作原因和钻杆本身质量原因。因而,咱们能够从进步钻杆质量和标准操作两方面来避免钻杆非正常失效。

3、进步地质钻杆质量:


(1)钻杆资料挑选:为习惯非开挖导向、定向钻杆的受力剖析,钻杆杆体应有较高的抗拉强度、较好抗弯功能和较好的冲击韧性。杆体资料应挑选中碳合金结构无缝钢管,合金元素中应含有Cr、Mo等元素以进步资料的抗拉强度和冲击韧性,含有Mn、Si等元素以进步资料的弹性(即抗弯功能)。有时还含有微量的B、V等元素以进步资料的淬透性。常用的杆体资料有:36Mn2V、35CrMo、42MnMo7、35CrMnSi、45MnMoB。


用于杆体的无缝钢管的壁厚均匀度和轧制缺点也是影响钻杆质量的重要要素。小钢厂轧制的钢管壁厚均匀状况严峻,当钻杆较大的扭力效果时,容易在壁厚较薄处纵向裂开。有的钢管有重皮、气孔等缺点,钻杆易从此处开裂或刺漏。


钻杆接头受力较为复杂,接头资料很高归纳机械功能。钻杆接头多选用35CrMo或42CrMo棒料制造,但通过铸造的接头资料能大大进步其归纳机械功能。


(2)加工工艺挑选:目前国内非开挖钻杆从加工工艺分首要有全体铸造钻杆(简称全体钻杆)、镦粗+摩擦焊钻杆(简称镦焊钻杆)和单纯摩擦焊钻杆(简称摩擦焊钻杆)。


(3)镦粗加厚段的处理:不管是全体钻杆还是镦焊钻杆,镦厚部分与未镦厚部分之间的过渡段处理好坏是影响镦锻质量的主要素。过渡段应有满足的长度,壁厚过渡均匀、光滑,无折皱。杆体经镦锻后较好进行全体调质处理,以去除过渡段内应力,并进步其归纳机械功能。


(4)接头结构型式


a. 应力涣散槽:实验研讨标明,非开挖导向、定向钻杆受循环曲折应力效果而疲惫开裂是钻杆的首要失效形式,而这种失效首要发生在钻杆公接头根部或公接头螺纹根部。在钻杆公接头根部规划应力涣散槽可有用地减小该处应力集中,然后进步其抗弯才干。此外,尽量增大螺纹直径、锥度螺纹规划和加大螺纹丝底圆弧半径也能显着改善钻杆公接头根部的抗弯才干。


b. “双顶”结构:所谓“双顶”结构,即在钻杆公、母扣拧紧时母扣端部与公扣台肩处顶紧的一起,母扣的内台肩处也与公扣的端部顶紧。“双顶” 结构钻杆的加工难度大,但它与“单顶”钻杆相比具有多方面的优越性:


(1) 密封效果好 钻进液由内向外走漏需经两个密封面,走漏阻力大。


(2) 能接受更大的扭矩 “双顶”钻杆供给两个抗扭台肩,其台肩总接触面积远大于一般钻杆,因而接受的扭矩也远大于一般钻杆。


(3) 进步地质钻杆的运用寿命 一般钻杆往往因为接头磨损,母扣端部变薄而被公扣锥成喇叭口,然后使整根钻杆失效。“双顶”钻杆在接头磨损严峻后内台肩仍有用地起效果,钻杆仍能持续运用。


(4) 丝扣的外表处理:丝扣外表氮化处理能有用地避免粘扣,还能进步丝扣的耐磨性,然后进步其运用寿命。氮化层厚度一般在0.2~0.3mm,厚度过大容易发生碎性裂纹,厚度过小则抗粘扣效果差。全体钻杆无法进行氮化处理,取而代之的是层厚小得多的磷化处理。


(5) 螺纹加工精度:接头螺纹应在数控车床上用成形螺纹车刀加工,以保证钻杆的互换性。接头螺纹紧密距应控制在合理的规模之内,保证丝扣啮合良好。


  4、施工工艺的改进:


(1)标准操作:施工中要严厉按照各种钻杆所答应的拉力、扭矩和曲率半径来运用钻杆。对于施工企业来说,只有按标准运用钻杆,才干有用避免钻杆的非正常失效。


(2)过渡杆的效果:在扩孔和拉管过程中,与扩孔钻头衔接的那根钻杆的曲率半径很可能远小于钻孔规划的曲率半径,即r<,然后使这根钻杆在回转并受拉力效果下而遭到较大的循环应力效果,使其疲惫损伤,进而发生裂纹而开裂。这种开裂多发生在距钻杆公接头0.3~0.8m之间。在一般钻杆与扩孔钻头之间衔接过渡杆,可使扩孔钻头与一般钻杆之间的小曲率过渡由加过渡杆来承担,然后维护了一般钻杆。过渡杆的这种效果往往被用户所忽视,但是许多看似无法解释的断钻杆事端其原因就在于此。


(3)避免钻杆失稳:钻杆是力学中的细长杆,在受压力效果下有失稳的趋势。因而,在导向孔施工阶段要对处于自在状态的钻杆进行束缚,避免在造斜顶进过程中钻杆失稳而曲折失效。钻杆失稳状况多发生在钻机夹持器至入地点之间的钻杆段,应尽量缩短该段长度,或采取恰当的束缚办法。为防钻杆失稳,一般应使钻杆自在段长度小于钻杆直径的20倍。


(4)丝扣油的运用:质量好的丝扣油能有用避免钻杆粘扣、减小卸扣扭矩、减少扣面磨损。


(5)冲洗液的运用:在砂层、卵砾石层中钻进时,应用优质泥浆作冲洗液。泥浆在钻杆外壁构成泥皮,起润滑效果,能减小钻进扭矩,减少钻杆磨损,对维护钻杆起到非常重要的效果。


(6)钻杆的查看:钻杆运用一段时间后,就应查看钻杆的磨损、曲折、外表划痕等状况,要及时淘汰磨损过度、显着曲折及外表划痕较深的钻杆。尤其要仔细查看镦锻过渡段的磨损状况,该处往往较易被磨损变薄而开裂。

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