钻头失效原因分析形式与失效原因分析.ppt

钻头失效原因分析 钻头失效主要因素 产品对地层的适应性 误操作 三牙轮钻头失效形式与失效原因分析 喷嘴冲蚀 重复使用碳化钨喷嘴 这种情况经常出现 如果一个或多个喷嘴被堵死 那么未被堵死的喷嘴很可能由于下列原因而冲蚀 1 泥浆中含沙量过高 2 相对喷嘴尺寸喷速太高 如果喷嘴取下再用 其内径很可能冲大或喷嘴入口冲蚀 牙掌折断 由于钻头通过小井眼 受井壁侧向力作用 在掌背磨损后 牙掌所受的弯矩过大 掌背与井壁摩擦产生的热裂纹等是造成牙掌折断的原因 掉齿 牙齿松动 多数情况下是因为齿和齿孔之间固齿力不够 牙轮壳体冲蚀也会导致牙齿松动掉齿 有时是因为牙轮钢材太软 牙轮未经过适当的热处理 固齿力不足 牙轮热处理后心部硬度过高 使合金齿压入齿孔后 孔周围产生裂纹 固齿力下降 因为压齿角度错误导致孔壁受损 齿折断 碎裂 常见形式是碎裂和折断 碎裂是指齿上有一小部分碎掉 影响碎裂和折断现象的速度和程度有三个基本因素 即地层因素 操作因素 钻压 转速 和钻头选型 造成特别严重的断齿和碎裂的原因 对于钢齿 1 选型错误 地层太硬 2 钻压或转速太高 钻压高易造成内排齿和中排齿折断 转速高易造成外排齿折断 3 井底有落物 4 使用的钢材不当或热处理不当 对于镶齿 1 选型错误 2 轴承失效 牙轮打架 3 牙齿与齿孔配合不当 牙齿可以在齿孔中转动导致断齿 4 合金齿有缺陷 5 钻压和 或转速太高 6 下钻时碰撞井壁台肩或井底 7 井底有落物 齿折断 碎裂 外径磨损 外径磨损是指保径区域的外部磨损 原因与地层的研磨性 钻头型号和钻井参数有关 钻头出芯 钻头中心部位的齿磨损或断落 使井底相应地层未被切削而留下岩心 原因大致有 1 岩层的研磨性超过了钻头中心齿的抗磨能力 2 牙轮壳体被冲蚀后齿脱落 3 井底有金属碎屑引起中心齿破裂 4 井底形状变化大 更换新钻头后修整井底的措施不当或时间太短 牙轮破裂 牙轮破裂即指牙轮破成两半或几块 但大部分牙轮仍在钻头上 牙轮破裂可以是多种原因造成的 主要原因 1 牙轮打架 一个轴承失效后 牙轮相碾压使一个或多个牙轮破裂 2 顿钻 溜钻使牙轮受到猛烈冲击 3 井内硫化氢的腐蚀 导致氢脆 4 热处理不当使牙轮壳体产生微裂纹 在钻头工作时 由于疲劳冲击载荷作用 裂纹扩展而导致牙轮破裂 密封失效 轴承 o 形圈常常因研磨和受热而失效 轴承 o 形圈失效是轴承失效的最普遍的原因 密封失效原因 1 钻头存放时间太长 超过保质期 2 钻头存放及使用时 尤其是划眼与井壁产生摩擦热 受热影响橡胶密封圈老化失效 3 未充分循环泥浆即钻进 4 过大的钻压和转速组合 尤其是转速过高 会导致轴承咬死 密封失效 5 掌尖过薄 用钻头划眼 碰井壁以及井下落物 掌尖严重冲蚀 都会造成掌尖缺损 密封圈外露而损坏 6 研磨性颗粒通过牙掌密封面与牙轮底平面之间的间隙 侵入轴承密封圈 导致密封失效 轴承旷动 由于轴承锁紧失效以及牙轮轴孔磨损 轴承旷动 主要原因 1 锁紧钢球碎裂 掉落 2 卡簧碎 断 3 密封失效 轴承磨损 pdc钻头失效形式与失效原因分析 研磨性磨损 复合片磨损面较平整 聚晶层和合金支撑部分一起磨损出平面 对钻头复合片类似砂轮一样的磨损损坏方式 原因 主要是钻遇砂岩等研磨性较强的地层 如富石英砂岩和大牛地石盒子盒8组砂岩 目的层为砂岩地层的水平段钻头常以这种磨损方式出现 表现 钻速逐渐变慢直至起钻 如果不起钻强行钻进将磨损胎体导致钻头报废应对措施 低转速高钻压 采用大排量携岩 防止因携岩不充分导致二次磨损 选择布齿密度高的钻头 抗研磨性强的进口复合片 研磨性磨损 冲击损毁 脱层 断齿 碎裂 损坏原因 pdc复合片因受到过大的冲击载荷而导致的损坏方式 过大的冲击载荷来自两方面 一是地层中的硬质点 如砾石层 铁矿石等硬夹层 二是操作过程中钻具组合和参数不当 致使憋钻和跳钻 在延长组的砾石 石盒子组杂色硬质泥岩中使用的钻头多出现冲击损坏 表现形式 复合片脱层 断齿 碎裂 应对措施 砾石含量高的层位 钻遇夹层尤其出现憋钻时适当弱化钻井参数 采用双级切削结构的pdc钻头 冲击损毁 脱层 断齿 碎裂 热磨损 聚晶金刚石层的热稳定性差 在350 700 时 切削齿的磨损速度很快 称为热磨损 温度过高时 组成复合片的各物质由于热膨胀系数不同而产生的内应力使复合片产生裂纹 俗称热龟裂 表现形式 初期热磨损为复合片完好 后期产生裂纹 直至整个复合片磨损掉一部分 甚至脱层 应对措施 防止干钻 排量不宜过小 确保钻头充分冷却 在硬地层钻头无法吃入岩石时要使用低转速 热磨损 掏心 磨损方式 钻头心部复合片和胎体全面磨损掉 在心部形成一个圆锥形凹槽 原因 钻头造形不得当 操作不平稳 跳钻 钻头心部布齿密度过低 应对措施 在设计上强化受力环境恶劣的钻头心部 在钻具组合和钻进操作中 及时调整参数 采用减震器 力求钻头工作平稳 水力冲蚀 磨损形式 钻井液对钻头复合片和胎体的冲蚀导致的磨损磨损原因 钻井液流速过高 产生了涡流 尤其在硬地层 水眼角度设计欠合理 钻井液固相含量过高 应对措施 优化钻头水力设计 在保证携岩的前提下排量不宜过大 控制钻井液固相含量 因井下落物造成的pdc钻头损毁 一般尺寸大的落物 如钳牙 表现为磨出环形槽 尺寸小的落物 如复合片 在胎体上有明显印迹 应对措施 防止井底落物 如有落物 先打捞或下牙轮将落鱼拨到井壁 落物损坏 切削齿脱落 表现形式 切削齿整体脱落 原因 钻压过大 工作不平稳 焊接原因 其它 泥包 缩径 断刀翼损坏 泥包 因粘性地层 钻压过大 水眼不合理 泥浆性能 下钻过程导致的钻头被泥包裹的现象 应对措施 泥浆性能匹配地层 钻头水力设计满足清洗要求 钻遇泥岩地层适当操作 及时调整参数 缩径 钻头磨损至保径面 使钻头外径缩小 通过强化保径设计 可以防止缩径 断刀翼 由于憋钻 钻压过大 扭矩猛增导致刀翼断裂 需要指出的是 在钻