郭國瑞

（甘肅省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅蘭州 730100）

1.鉆桿的失效形式

鉆桿在地質(zhì)鉆探工作中起到紐帶作用，通過鉆桿連接鉆頭進行工作，鉆桿常年應(yīng)用過程中會受到各類因素的影響，使用壽命會降低，從而導(dǎo)致了鉆桿功效的丟失。鉆桿在工作的過程中常見失效形式一共有3種，分別如下：桿體折斷、漏水、螺紋處失效。每種失效形式形成的原因各有不同，如果是鉆桿斷裂或者漏水問題，主要原因是鉆桿自身材料的問題，在受到外界較為大的壓力下，材質(zhì)影響因素導(dǎo)致了鉆桿的劈裂和漏水現(xiàn)象。而螺紋處失效主要原因是因為截面問題，截面形狀具有復(fù)雜性的特點，受力集中現(xiàn)象時有發(fā)生，所以會導(dǎo)致螺紋部位出現(xiàn)問題，同時也成為了鉆桿中最為薄弱的環(huán)節(jié)。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)總結(jié)，地質(zhì)鉆探工作80%的故障問題是由螺紋處失效引起的。

2.失效原因和防范措施

2.1 材質(zhì)影響因素

地質(zhì)鉆探鉆桿為了提高工作效能，需要具備較強的拉力，并且具備抗彎能力和沖擊韌性，所以在材料的選擇上，盡量選擇含有碳合金結(jié)構(gòu)的無縫鋼管進行使用，此類型鉆桿能夠承受較大的壓力，并且在施工過程中還能提高使用壽命。一般情況下含有碳合金材料的鉆桿整體性能較好，所以在應(yīng)用過程中降低了斷裂事故的發(fā)生概率，針對目前我國地質(zhì)鉆探工作選擇的鉆桿而言，大部分工作會選擇STM—R780無縫鋼管，此類鋼管具有一定應(yīng)用優(yōu)勢，更適合鉆探工作[1]。

2.2 鉆桿機加工因素

鉆桿機在加工的過程中各個步驟不能出現(xiàn)問題，比如說螺紋方面，螺紋的錐度和螺距直接影響著鉆桿機的使用質(zhì)量，同時其中一項因素出現(xiàn)了誤差，都會導(dǎo)致螺紋嚙合困難，從而導(dǎo)致鉆桿螺紋部分失去應(yīng)用效果，影響鉆進工作的進度，也讓鉆桿在鉆進工作中失去了效能。綜上所述，鉆桿在進行制作過程中需要重視螺紋問題，提升制作螺紋方面的質(zhì)量。在鉆桿和接頭部分的制作工作，需要數(shù)控基礎(chǔ)使用成型刀片進行操作，確保螺紋型角的統(tǒng)一，從而提升螺紋表面的質(zhì)量。在制作鉆桿螺紋時，還需嚴(yán)格控制螺紋的松緊度，確保螺紋表面粗糙程度，讓其逐漸符合使用需求，降低應(yīng)力集中事故的發(fā)生[2]。

2.3 地層因素

鉆桿引起斷裂問題還有可能是地層問題的影響，比如說地層的可鉆性差原因，很多地層由于條件不同，自身堅硬度較大，比如說卵礫石層，在進行施工的過程中很容易出現(xiàn)憋跳現(xiàn)象，提高鉆桿振動的頻率，并且加大了鉆桿的振動力量，在超出鉆桿承受能力之后，鉆桿會因承受不住大的壓力而斷裂[3]。

2.4 鉆孔結(jié)構(gòu)和鉆具

在進行鉆探工作之前相關(guān)工作人員需要合理選擇鉆探工具，比如說鉆孔和鉆具方面，鉆具應(yīng)該與鉆孔型號相對，如若在鉆探的過程中鉆孔與鉆具之間間隙過大，在施工的過程中會導(dǎo)致鉆桿出現(xiàn)扭曲變形，長期高負荷工作會嚴(yán)重影響螺紋部位問題，速度的提升嚴(yán)重導(dǎo)致了螺紋的疲勞損壞。

2.5 絲扣油

絲扣油是鉆探工作中必不可少的輔助材料，在鉆探工作進行的過程絲扣油用來降低鉆桿粘黏現(xiàn)象，應(yīng)用之后減少了卸扣扭矩，并且降低了螺紋表面的磨損情況，提高螺紋工作的質(zhì)量；在應(yīng)用過程中相關(guān)工作人員應(yīng)該根據(jù)實際需求，選擇質(zhì)量好的絲扣油進行工作，確保在涂抹的過程能夠讓設(shè)備完全吸收，提高整體附著力，避免螺紋的無效性，從而降低粘扣問題的發(fā)生。

2.6 鉆井液

鉆井液也是鉆探工作必不可少的輔助材料，一般情況下鉆探工作會選擇泥漿作為鉆井液，主要目的是為了降低鉆探工具的溫度，并且在孔壁的位置還能形成一層保護膜，降低摩擦力而造成的損壞，同時鉆井液的應(yīng)用也是保護鉆桿的一種方式。在地質(zhì)鉆探工作中鉆井液是高消耗品，所以我們不難看出鉆井液對于鉆探工作的重要性，同時它也是一種延長鉆桿使用壽命的工具。

3.提高螺紋強度的措施

3.1 螺紋荷載分析

鉆桿在工作的過程中需要扣與扣之間相互作用，比如說鉆桿公扣與接頭母扣之間的作用，二者的組合加強了螺旋副的相對運動，并且也簡化纏繞柱的運動，從整體工作來看，此項工作環(huán)節(jié)之間的相互作用，具有摩擦理論的依據(jù)，同時也是載荷分布的規(guī)律。目前我國相關(guān)工作使用的鉆探工具螺紋一般情況下的荷載力在90%以上，此類荷載力屬于螺紋根部進行承擔(dān)，離螺紋根部越近承載力越強同時承受的壓力越大，螺紋所受的沖擊越大。我國地質(zhì)鉆探工作人員在常年的工作經(jīng)驗中總結(jié)出一下結(jié)論：根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，鉆探人員可以選擇利用半解析的方式對螺紋的工作狀態(tài)進行應(yīng)力分析，并且分析了螺紋在預(yù)緊狀態(tài)下的應(yīng)力場，所得出的結(jié)論如下：在進行鉆探過程中螺紋部位最容易遭受損壞的是公扣，尤其是公扣的第一節(jié)。隨后研究人員又對鉆桿和接頭部分的螺紋進行研究，通過分析內(nèi)容我們得出了以下結(jié)論：根據(jù)螺紋扣的扭矩值對比，在鉆探過程中螺紋預(yù)緊內(nèi)容是合理的，并且無論在任何施工階段，預(yù)緊問題的應(yīng)力場都會處于彈性狀態(tài)，并且在此過程中螺紋的應(yīng)用價值不會失效。

3.2 加強措施

研究人員根據(jù)自身經(jīng)驗對鉆桿和接頭部分的承載力進行了分析，根據(jù)分析內(nèi)容得出了以下對于螺紋部分的加強措施。分析結(jié)果如下：鉆桿螺紋靠近根部的部分，所承受的荷載力較大，并且與根部越靠近，承受的力就越大，對螺紋造成的影響就越大。所以改善措施需要從螺紋根部進行研究，根據(jù)螺紋的高度，并且結(jié)合應(yīng)力理論，不斷改善集中現(xiàn)象的發(fā)生，在螺紋工作的過程中將所有力分散開來，提高鉆桿承接力的能力。此項研究經(jīng)過了計算，計算結(jié)果表明，螺紋在設(shè)計加工的過程中對公扣第一個螺紋在進行去除不完整扣處理，高度降低70%之后，它所承受的荷載要比原先降低30%，負荷有被均勻分配的現(xiàn)象。

在鉆探工作中，粘扣的現(xiàn)象時有發(fā)生，所以為了降低粘扣問題的發(fā)生，相關(guān)工作人員可以選擇用氮化處理的方式對粘扣現(xiàn)象進行處理。氮化處理方式在一定基礎(chǔ)之上還能提高螺紋的整體耐磨性，提高了鉆桿工具的使用壽命，控制了鉆桿的成本問題。氮化處理工作中的氮化層要保持在0.2mm左右，如果氮化層厚度不在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，會提高鉆桿斷裂事故發(fā)生的概率，如果在操作的過程中厚度不滿足標(biāo)準(zhǔn)值，整體防粘扣作用會降低，所以氮化層的控制工作至關(guān)重要。

鉆桿在與接頭部分相互連接時，需要確保螺紋部分的清潔，清潔過后還需涂抹絲扣油，防止螺紋部分表面造成損壞，并且絲扣油的使用也降低了粘合問題。在進行安裝工作時，相關(guān)施工人員需要確保接頭不搖擺，將其固定之后再進行旋扣工作，接頭的不穩(wěn)定性會直接導(dǎo)致卡阻現(xiàn)象，所以在組裝過程中接頭的穩(wěn)定性較為重要。旋扣之后，應(yīng)該將扭矩扣緊，利用大鉗進行后續(xù)操作，降低螺紋損壞的可能性。

固定扣扭矩的目的起到了對鉆桿和接頭之間的保護作用，通過連接強度讓其不低于鉆桿本體的強度。如果在操作的過程中發(fā)現(xiàn)扣扭矩較小，操作力度加大之后會發(fā)生脫扣現(xiàn)象，相反，如果扣扭矩較大，公扣部分拉力在不斷加強的情況下，扭矩會超出規(guī)定值，扭矩也會隨著操作的距離不斷進行變化，與本體脫離的概率加大。如果操作過程中公扣部分的抗拉力較大，就會引起后續(xù)公扣和鉆桿本體之間的損壞。

4.結(jié)論

鉆桿的斷裂因素根據(jù)操作步驟的不同，具有多樣化的特征，要根據(jù)操作過程中的實際需求進行合理分析。為了避免鉆桿出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，需要加強工作的嚴(yán)謹(jǐn)性，并且對鉆工進行培訓(xùn)，嚴(yán)格規(guī)范操作步驟。