鉆桿的基本力學情況,鉆桿在內外充滿鉆井液的狹長井眼里工作,通常承受壓、彎、扭、液力等載荷。如果鉆桿所受應力小于每平方米206.8牛頓時,鉆桿雖經過無數次的彎曲,也不會產生疲勞裂紋。鉆井時鉆桿承受彎曲、扭轉和拉伸應力組成的復合應力很大,特別是在大位移定向井及水平井中扭矩,鉆桿在100萬次彎曲次數時便產生疲勞微裂紋;微裂紋產生后便不斷擴大延伸,此時如果具有腐蝕作用的高壓鉆井液進人微裂紋中,就會加速裂紋擴展,終導致鉆井液刺穿鉆桿的失效事故。刺穿發展的結果,使鉆桿有效斷面不斷縮小,刺孔加裂紋的總長度超過其臨界裂紋尺寸時,即發生斷裂。除旋轉向下的運動,同時還有鉆桿的各種振動和渦動。
根據鉆桿的失效原因分析,鉆桿除正常磨損而失效外,鉆桿的非正常失效原因可分為為兩個方面:工人操作原因和鉆桿自身質量原因。因此,我們可以從提高鉆桿質量和規范操作兩方而來避免鉆桿非正常失效。
提高鉆桿質量
(1)鉆桿材料選擇:為適應鉆桿的受力分析,鉆桿桿體應有較高的抗拉強度、較好抗彎性能和較好的沖擊韌性。桿體材料應選擇中碳合金結構無縫鋼管,合金元素中應含有較多的Cr、Mo等元素以提高材料的抗拉強度和沖擊韌性,含有Mn、Si等元素以提高材料的彈性(即抗彎性能)。有時還含有微量的B、V等元素以提高材料的淬透性。
常用的桿體材料有:R90、R780、DZ50、DZ40、36Mn2V>35CrMo>42MnlMo7>35CrMnSi、45MnMoB等。
用于桿體的無縫鋼管的壁厚均勻度和軋制缺陷也是影響鉆桿質量的重要因素。如軋制的鋼管壁厚不均勻情況嚴重,當鉆桿較大的扭力作用時,容易在壁厚較薄處縱向裂開。有的鋼管有重皮、氣孔等缺陷,鉆桿易從此處產生應力集中斷裂或刺漏。
鉆桿接頭受力為復雜,接頭材料須有很高綜合機械性能。鉆桿接頭多采用35CrMo或42CrMo.30CrMnSiA棒料制造,但經過鍛造的接頭材料能大大提高其綜合機械性能。
(2)加工工藝選擇:目前國內鉆桿從加工工藝分主要有整體鍛造鉆桿(簡稱整體鉆桿)、摩擦焊鉆桿(簡稱仿英鉆桿)。
(3)絲扣的表面處理:絲扣表面氮化處理能有效地防止粘扣,還能提高絲扣的耐磨性,從而提高其使用壽命。氮化層厚度一般在0.2~0.3mm,厚度過大容易產生碎性裂紋,厚度過小則抗粘扣效果差。整體鉆桿無法進行氮化處理,取而代之的是層厚小得多的磷化處理。
(4)螺紋加工精度:接頭螺紋應在數控車床上用成形螺紋車刀加工,應盡量提高螺紋牙的表面質量,降低其表面粗糙度值(Ral.6pm)提高光潔度,減少應力集中且有利保證鉆桿的互換性。接頭螺紋緊密距應控制在合理的范圍之內,保證絲扣嚙合良好。
河北永廣礦山設備有限公司主要有重型鑿巖釬具、采礦地面工具、潛孔鉆具三大種類產品。其中主要包括:煤鉆頭、煤巖鉆頭、巖石鉆頭、風鉆頭、雙冀型鉆頭系列,小直徑錨桿鉆頭系列,探水鉆頭、金剛石復合片PDC鉆頭、低風壓潛孔釬頭、高風壓潛孔釬頭、打樁機鉆具、刨路齒、平地機刀頭、采煤機鎬形截齒、深孔螺紋釬具、風鉆桿、煤鉆桿、探水鉆桿、合金鉆桿、注水地質鉆桿、螺旋鉆桿系列等五十多個品種。