6-1/2″震擊器失效原因的分析

姜秋月

（黑龍江北方雙佳鉆采機具有限責任公司，黑龍江 牡丹江 157013）

6-1/2″震擊器失效原因的分析

姜秋月

（黑龍江北方雙佳鉆采機具有限責任公司，黑龍江 牡丹江 157013）

震擊器在使用過程中出現(xiàn)內(nèi)螺紋接頭開裂和花鍵心軸斷裂現(xiàn)象。本文通過多個方面對失效的原因進行分析，并提出如何進行維修及對整機的報廢判定。

材料強度；疲勞使用；腐蝕；交變應(yīng)力；中部套筒

1 6-1/2″震擊器，中部套筒上端開裂

應(yīng)該是內(nèi)螺紋縱向開裂，屬于抗扭失效，通常發(fā)生在深井、定向井、大位移井、水平井中。經(jīng)追溯質(zhì)量檔案，相關(guān)零部件的材料強度、幾何尺寸、螺紋參數(shù)均符合有關(guān)標準規(guī)定，初步分析，縱裂原因及機理是裂紋源主要來自摩擦熱裂紋，裂紋源以應(yīng)力腐蝕機理擴展，最終導(dǎo)致縱向開裂。

預(yù)防措施：1、合理匹配鉆井參數(shù)，改善鉆柱受力。通過對鉆井參數(shù)如鉆壓、轉(zhuǎn)速的合理匹配，可以有效的減少鉆柱在井下的屈曲狀態(tài)，從而減少內(nèi)螺紋接頭與井壁或上層套管的接觸壓力和接觸面積，使因摩擦產(chǎn)生的熱能不足以導(dǎo)致接頭表面達到組織相變的溫度，避免淬火馬氏體組織的出現(xiàn)，從而產(chǎn)生裂紋源。2、嚴格下井前的探傷檢查，及時發(fā)現(xiàn)裂紋源并更換相關(guān)零部件杜絕事故隱患。

2 6-1/2″震擊器的維修保養(yǎng)情況

經(jīng)歷了9次下井作業(yè)，共維修二次。只有嚴格按維修規(guī)程進行維修保養(yǎng)，才能最大限度地避免井下事故的發(fā)生。

2.1 斷口分析

通過對斷裂處外觀形貌觀察，發(fā)現(xiàn)斷裂面正好位于結(jié)構(gòu)變化過渡區(qū)的位置，斷口斷面分兩部分：既具有疲勞輝紋的疲勞裂紋斷口，又存在脆性解理狀扇形瞬斷區(qū)，應(yīng)屬疲勞破壞。

1）根據(jù)弧形疲勞輝紋，可判斷裂紋源于外表面的一側(cè)位置并逐步向另一側(cè)擴展，在交變應(yīng)力的作用而產(chǎn)生的疲勞斷裂。宏觀形貌上疲勞特征不是特別明顯可能是由于：①多疲勞源形成的疲勞裂紋擴展時會相互干涉；②震擊器服役時泥漿對斷口有腐蝕和磨蝕作用；③震擊器服役時受力復(fù)雜除扭轉(zhuǎn)、拉壓外還有彎曲的交變應(yīng)力作用也可能使裂紋擴展，但從照片看形成的疲勞特征不十分明顯。

2）脆性解理扇形斷口，造成這種現(xiàn)象的原因，可能是由于在旋轉(zhuǎn)過程中在提拉力、管柱自重及提拉的加速度等交變作用力共同加載的情況下，從原有（已存在）的裂紋源處而發(fā)生的瞬間撕斷，從而形成扇形解理脆性斷口。

2.2 斷裂形成機理初步分析

震擊器花鍵軸早期疲勞損壞的原因與其結(jié)構(gòu)形狀和應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)，震擊器產(chǎn)品在正常使用鉆井過程中要承受拉、壓、彎、扭綜合交變應(yīng)力作用，因此容易在結(jié)構(gòu)變化過渡區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力集中，并在綜合交變應(yīng)力的長時間作用下產(chǎn)生裂紋，對部分過度服役的產(chǎn)品，疲勞應(yīng)力也會部分地起到促使裂紋產(chǎn)生的作用。腐蝕性介質(zhì)高壓泥漿在最早產(chǎn)生裂紋的部位持續(xù)沖刷，并在應(yīng)力的作用下形成腐蝕，在腐蝕性介質(zhì)和應(yīng)力的共同作用下，裂紋不斷沿周向和徑向擴展，最終穿透整個壁厚，并在綜合外力的作用下斷裂。

2.3 預(yù)防震擊器失效的對策

為預(yù)防震擊器失效應(yīng)從以下幾個方面著手：

1）重視地質(zhì)情況，要注意收集相同區(qū)塊的井位，以往是否發(fā)生過鉆具斷裂等事故，如曾發(fā)生類似現(xiàn)象要引起重視，對相關(guān)重要部位的鉆具要加嚴檢測級別，以確保產(chǎn)品安全使用。

2）加強震擊器的使用管理，明確在役的震擊器狀態(tài)，加強震擊器使用的監(jiān)控，嚴格按照震擊器的維修保養(yǎng)規(guī)程進行探傷檢查及維修保養(yǎng)后才能下井使用，達到報廢時限的要進行報廢處理，杜絕事故隱患。

3 維修

3.1 維修條件

長期在井下運轉(zhuǎn)使用，當井下溫度不超過300F（150℃）時，工作時間為500～720小時；當溫度在300F～350F（150℃～175℃）時工作時間為450～500小時；當溫度高于375F（190℃）時工作時間為240小時；或猛烈震擊作業(yè)之后，應(yīng)在管子站進行大修。

3.2 拆卸檢查內(nèi)容

按照使用說明書的步驟拆卸檢查所有零部件

1）外徑檢查

檢查各個外筒外徑（偏磨時按最小直徑）：如BZ121的外徑小于118，BZ165/159的外徑小于160/154,BZ203/196的外徑小于196.5/189.5就要更換（當累計使用時間達到4000小時后，則不論磨損量多少，強制報廢），以保證其強度；

2）電鍍表面檢查

檢查所有電鍍表面損壞程度：花鍵軸、上控制套、延長心軸，看是否有鍍鉻層剝落現(xiàn)象，更換任何有深度擦痕、凹痕或不平磨損的部件；

3）螺紋檢查

對震擊器所有螺紋進行外觀檢查和磁粉探傷檢查，螺紋表面和扭矩臺肩面不能有深度超過1/16in或直徑超過1/8in的蝕坑或其它表面缺陷，也不能有穿透到螺紋根部以下的缺陷，或者長度沿螺紋螺旋線超過1-1/2in的缺陷；

4）探傷檢查

對關(guān)鍵部件進行探傷檢查，如花鍵軸、運行軸、運行套、摩擦襯套、延長運行軸、上下控制套、中部套筒等。應(yīng)該特別注意可能產(chǎn)生應(yīng)力集中的幾何結(jié)構(gòu)變化過渡區(qū)及螺紋接頭的內(nèi)外表面和外部油塞孔周圍區(qū)域；

5）各部件檢查

花鍵軸檢查：除對花鍵軸鍍鉻部分進行檢查外，還要對花鍵軸結(jié)構(gòu)變化過渡區(qū)認真檢查，尤其是圓角過渡的區(qū)域，由于要承受拉、壓、彎、扭等綜合交變應(yīng)力作用，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致裂紋，一定不要出現(xiàn)尖角橫棱等現(xiàn)象。

4 整機報廢判定

機械式隨鉆震擊器累計下井工作約4000小時或服役2年后，建議整機報廢（至少所有外筒件需更換），或加強此工具的監(jiān)控，經(jīng)嚴格檢測后，在一般鉆井工況中監(jiān)控使用，嚴禁超期、過度服役。

姜秋月，（1973年10月--）女，漢族，籍貫：遼寧省莊河縣，現(xiàn)職稱：工程師，研究方向：石油礦產(chǎn)機械。