6-1/2″震击器失效原因的分析

姜秋月

（黑龙江北方双佳钻采机具有限责任公司，黑龙江 牡丹江 157013）

6-1/2″震击器失效原因的分析

姜秋月

（黑龙江北方双佳钻采机具有限责任公司，黑龙江 牡丹江 157013）

震击器在使用过程中出现内螺纹接头开裂和花键心轴断裂现象。本文通过多个方面对失效的原因进行分析，并提出如何进行维修及对整机的报废判定。

材料强度；疲劳使用；腐蚀；交变应力；中部套筒

1 6-1/2″震击器，中部套筒上端开裂

应该是内螺纹纵向开裂，属于抗扭失效，通常发生在深井、定向井、大位移井、水平井中。经追溯质量档案，相关零部件的材料强度、几何尺寸、螺纹参数均符合有关标准规定，初步分析，纵裂原因及机理是裂纹源主要来自摩擦热裂纹，裂纹源以应力腐蚀机理扩展，最终导致纵向开裂。

预防措施：1、合理匹配钻井参数，改善钻柱受力。通过对钻井参数如钻压、转速的合理匹配，可以有效的减少钻柱在井下的屈曲状态，从而减少内螺纹接头与井壁或上层套管的接触压力和接触面积，使因摩擦产生的热能不足以导致接头表面达到组织相变的温度，避免淬火马氏体组织的出现，从而产生裂纹源。2、严格下井前的探伤检查，及时发现裂纹源并更换相关零部件杜绝事故隐患。

2 6-1/2″震击器的维修保养情况

经历了9次下井作业，共维修二次。只有严格按维修规程进行维修保养，才能最大限度地避免井下事故的发生。

2.1 断口分析

通过对断裂处外观形貌观察，发现断裂面正好位于结构变化过渡区的位置，断口断面分两部分：既具有疲劳辉纹的疲劳裂纹断口，又存在脆性解理状扇形瞬断区，应属疲劳破坏。

1）根据弧形疲劳辉纹，可判断裂纹源于外表面的一侧位置并逐步向另一侧扩展，在交变应力的作用而产生的疲劳断裂。宏观形貌上疲劳特征不是特别明显可能是由于：①多疲劳源形成的疲劳裂纹扩展时会相互干涉；②震击器服役时泥浆对断口有腐蚀和磨蚀作用；③震击器服役时受力复杂除扭转、拉压外还有弯曲的交变应力作用也可能使裂纹扩展，但从照片看形成的疲劳特征不十分明显。

2）脆性解理扇形断口，造成这种现象的原因，可能是由于在旋转过程中在提拉力、管柱自重及提拉的加速度等交变作用力共同加载的情况下，从原有（已存在）的裂纹源处而发生的瞬间撕断，从而形成扇形解理脆性断口。

2.2 断裂形成机理初步分析

震击器花键轴早期疲劳损坏的原因与其结构形状和应力状态有关，震击器产品在正常使用钻井过程中要承受拉、压、弯、扭综合交变应力作用，因此容易在结构变化过渡区产生应力集中，并在综合交变应力的长时间作用下产生裂纹，对部分过度服役的产品，疲劳应力也会部分地起到促使裂纹产生的作用。腐蚀性介质高压泥浆在最早产生裂纹的部位持续冲刷，并在应力的作用下形成腐蚀，在腐蚀性介质和应力的共同作用下，裂纹不断沿周向和径向扩展，最终穿透整个壁厚，并在综合外力的作用下断裂。

2.3 预防震击器失效的对策

为预防震击器失效应从以下几个方面着手：

1）重视地质情况，要注意收集相同区块的井位，以往是否发生过钻具断裂等事故，如曾发生类似现象要引起重视，对相关重要部位的钻具要加严检测级别，以确保产品安全使用。

2）加强震击器的使用管理，明确在役的震击器状态，加强震击器使用的监控，严格按照震击器的维修保养规程进行探伤检查及维修保养后才能下井使用，达到报废时限的要进行报废处理，杜绝事故隐患。

3 维修

3.1 维修条件

长期在井下运转使用，当井下温度不超过300F（150℃）时，工作时间为500～720小时；当温度在300F～350F（150℃～175℃）时工作时间为450～500小时；当温度高于375F（190℃）时工作时间为240小时；或猛烈震击作业之后，应在管子站进行大修。

3.2 拆卸检查内容

按照使用说明书的步骤拆卸检查所有零部件

1）外径检查

检查各个外筒外径（偏磨时按最小直径）：如BZ121的外径小于118，BZ165/159的外径小于160/154,BZ203/196的外径小于196.5/189.5就要更换（当累计使用时间达到4000小时后，则不论磨损量多少，强制报废），以保证其强度；

2）电镀表面检查

检查所有电镀表面损坏程度：花键轴、上控制套、延长心轴，看是否有镀铬层剥落现象，更换任何有深度擦痕、凹痕或不平磨损的部件；

3）螺纹检查

对震击器所有螺纹进行外观检查和磁粉探伤检查，螺纹表面和扭矩台肩面不能有深度超过1/16in或直径超过1/8in的蚀坑或其它表面缺陷，也不能有穿透到螺纹根部以下的缺陷，或者长度沿螺纹螺旋线超过1-1/2in的缺陷；

4）探伤检查

对关键部件进行探伤检查，如花键轴、运行轴、运行套、摩擦衬套、延长运行轴、上下控制套、中部套筒等。应该特别注意可能产生应力集中的几何结构变化过渡区及螺纹接头的内外表面和外部油塞孔周围区域；

5）各部件检查

花键轴检查：除对花键轴镀铬部分进行检查外，还要对花键轴结构变化过渡区认真检查，尤其是圆角过渡的区域，由于要承受拉、压、弯、扭等综合交变应力作用，容易产生应力集中导致裂纹，一定不要出现尖角横棱等现象。

4 整机报废判定

机械式随钻震击器累计下井工作约4000小时或服役2年后，建议整机报废（至少所有外筒件需更换），或加强此工具的监控，经严格检测后，在一般钻井工况中监控使用，严禁超期、过度服役。

姜秋月，（1973年10月--）女，汉族，籍贯：辽宁省庄河县，现职称：工程师，研究方向：石油矿产机械。