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內螺紋接頭開裂和花鍵心軸斷裂現象。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；交變應力；中部套筒

1 6-1/2″震擊器，中部套筒上端開裂

應該是內螺紋縱向開裂，屬于抗扭失效，通常發生在深井、定向井、大位移井、水平井中。經追溯質量檔案，相關零部件的材料強度、幾何尺寸、螺紋參數均符合有關標準規定，初步分析，縱裂原因及機理是裂紋源主要來自摩擦熱裂紋，裂紋源以應力腐蝕機理擴展，最終導致縱向開裂。

預防措施：1、合理匹配鉆井參數，改善鉆柱受力。通過對鉆井參數如鉆壓、轉速的合理匹配，可以有效的減少鉆柱在井下的屈曲狀態，從而減少內螺紋接頭與井壁或上層套管的接觸壓力和接觸面積，使因摩擦產生的熱能不足以導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，從而產生裂紋源。2、嚴格下井前的探傷檢查，及時發現裂紋源并更換相關零部件杜絕事故隱患。

2 6-1/2″震擊器的維修保養情況

經歷了9次下井作業，共維修二次。只有嚴格按維修規程進行維修保養，才能最大限度地避免井下事故的發生。

2.1 斷口分析

通過對斷裂處外觀形貌觀察，發現斷裂面正好位于結構變化過渡區的位置，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，應屬疲勞破壞。

1）根據弧形疲勞輝紋，可判斷裂紋源于外表面的一側位置并逐步向另一側擴展，在交變應力的作用而產生的疲勞斷裂。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雜除扭轉、拉壓外還有彎曲的交變應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，造成這種現象的原因，可能是由于在旋轉過程中在提拉力、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構形狀和應力狀態有關，震擊器產品在正常使用鉆井過程中要承受拉、壓、彎、扭綜合交變應力作用，因此容易在結構變化過渡區產生應力集中，并在綜合交變應力的長時間作用下產生裂紋，對部分過度服役的產品，疲勞應力也會部分地起到促使裂紋產生的作用。腐蝕性介質高壓泥漿在最早產生裂紋的部位持續沖刷，并在應力的作用下形成腐蝕，在腐蝕性介質和應力的共同作用下，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 預防震擊器失效的對策

為預防震擊器失效應從以下幾個方面著手：

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

2）加強震擊器的使用管理，明確在役的震擊器狀態，加強震擊器使用的監控，嚴格按照震擊器的維修保養規程進行探傷檢查及維修保養后才能下井使用，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；或猛烈震擊作業之后，應在管子站進行大修。

3.2 拆卸檢查內容

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。應該特別注意可能產生應力集中的幾何結構變化過渡區及螺紋接頭的內外表面和外部油塞孔周圍區域；

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，還要對花鍵軸結構變化過渡區認真檢查，尤其是圓角過渡的區域，由于要承受拉、壓、彎、扭等綜合交變應力作用，容易產生應力集中導致裂紋，一定不要出現尖角橫棱等現象。

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），或加強此工具的監控，經嚴格檢測后，在一般鉆井工況中監控使用，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，現職稱：工程師，研究方向：石油礦產機械。