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【摘要】本文主要研究定向钻机以及其钻杆断处的细节表象，对其展开细致的总体观察、机械能动性测试以及物理或者化学成分测定等。在测试结束后研究其结果并进行总结后可知，R780钻杆断裂的主要原因为施工中受到扭转力过大从而致使其钻杆金属疲劳，进而断裂；而R780钻杆上出现裂缝的主要原因为该钻杆受力过大，同时制作钻杆的原材料的强度稍有不足。
【关键词】钻杆断裂；扭转应力；探究分析
对于定向钻机而言，由于其采用非开挖技术，因此对城市的道路不会产生较大的损害，又因其工作效率较高、工作成本相对低廉，该定向钻机的用途非常广泛，例如城市供水系统建设、城市热能供应、城市天然气供应、挖掘安置石油管道和电力通讯设备的架设等方面。然而由于地形、环境等方面的影响，定向钻机的钻杆很容易出现裂纹甚至断裂。本文主要研究R780钻杆的断裂问题，通过从施工现场取样的断裂钻杆为例，以显微测定、钻杆原材料以及钻杆断裂面的成像等方式为主要检测手段，从根本上研究该钻杆的开裂原因。
一、对钻杆的理化测试
（一）总体测定
将于施工现场所取得的R780钻杆进行实验室测定可知其相关属性如下：钻杆的长度为300mm，其表面稍有生锈，其中断裂处外可见60mm左右的横向裂纹，如图1所示。
从该图中可知，钻杆壁的厚度正常，细致观察管壁内部可知，该断面与钻杆的轴线出现了倾斜，倾斜角度约为45°，该倾斜使得断裂部位出现双平台现象，断裂处氧化严重，但是通过技术检测，该部位依然显露出断裂纹，纹路较为清楚且指向均匀。因此可知，该处是钻杆的断裂源头，其大小约为整个断裂口的30%。
（二）对钻杆进行成分测定以及机械测试
机械测定主要是从钻杆的中部取样分析，分析所用的主要仪器如下。
（1）对样本进行化学分析的仪器为QFN750光谱仪；（2）对样本进行拉伸强度测试以GB/T228相关标准为理论基础，采用CMT系列微型测试仪；（3）以GBT229为主要测试标准，采用NCSI智能冲击实验仪器对样本的冲击性进行试验。在上述测定过程中，要确保环境温度适中。
上述对R780的测试均与钻杆标准相符；通过研究相关标准可知，虽然冲击性能不在钻杆锻炼？的一般性研究氛围内，但是本次研究显示其冲击性极低，且断处的特征明显，也没有相应的纤维区域，因此可知，R780钻杆的韧性不足。
（三）对钻杆进行硬度测定
选择样本的源断裂处以及最终断裂处的样本进行研究，在钻杆上进行定点，定点的间距为2.5mm，进而使用LC-200R系列硬度仪器进行测定。测定结果如表1所示。
通过对钻杆的硬度试验后可知，源断裂处更加坚硬且分布较均匀，比较正常；然而在最终断裂处，由于其薄壁硬度不足，从断裂处至钻管的硬度与管壁的厚度呈正比，且在钻管厚度正常的部位，其硬度与源断裂处的硬度相仿。
（四）电镜观测
去样本的源断裂处进行盐酸和丙酮的浸渍处理，并用酒精和蒸馏水进行超声波清理，接着将上述样本放入JSM电镜检测仪中进行观测可知，管壁由于过于疲劳，出现了夹杂物，且这些夹杂物的尺寸均过大。对样本再进行能谱分析可知，上述夹渣物的成分为以Si、Ca为主的氧化物，其大小均在1mm×0.5mm左右。同时，夹杂物处出现裂痕且向四周扩散，钻杆的疲劳弧线明显可见。
二、对R780钻杆断裂样本的总体分析
研究R780钻杆的工艺流程，其一般性制作工艺为：炼钢（电炉）、进行连续铸造、加热（环形炉）、穿孔（锥形辊）、轧管、二次加热、矫正弯曲部位、车丝。因此可知，R780钻杆为热轧完成，同时其金相组织为珠光体以及铁素体。
以上可知，定向钻机的钻杆一般在钻地延伸中使用，那么由于施工范围的限制，就必须将钻管进行弯曲，如果钻管没有具备较高的强度以及较高的弹力，那么钻管在彎曲和冲击的过程中就很容易断裂。
将所取样本的断裂处进行相关专业分析可知，最先产生裂纹的部位是由于钻杆的变形导致的。钻杆断裂最常见的原因为扭曲疲劳。在现场施工过程中，由于钻杆四周的压力过大，那么在弯曲和扭转的同时就会受到岩石、摩擦力等因素的影响，当摩擦力过大、钻杆与岩石挤压力不均匀时，钻杆就很容易损坏；同时，当钻杆的弯曲度过大时，其扭转应力同样会增长，夹杂物处会出现裂缝，迅速蔓延，形成了断裂源。
从钻杆的生产原料角度来看，Ca、Si等氧化物基本上为耐火材料或者炉渣，此类夹杂物不易清理且熔点较高，在轧制过程中，上述夹杂物就会集中，从而产生大范围的应力集中区域。
结束语
从上述研究中可知，R780钻杆断裂的相关原因总结如下：第一，钻杆在工作中受到扭曲、形状发生变化，致使钻杆疲劳最终断裂；第二，R780钻杆通过化学性质检测、冲击力检查以及裂纹范围内的测定发现，该钻杆的相关数据均符合各项基本要求，而瞬断区的壁厚尚未达到标准值，其硬度值并未达标，该现状的原因为轧制异常。而针对上述问题进行改进的一般方法如下：第一，选用合适的技术确保钻杆所承受的压力更加平和、均匀，以防钻杆变形或扭曲；第二，正火处理钻杆，从根本上提升其韧性以及抗冲击力；第三，选择适当的拉坯以及浇铸速度，使夹渣物脱离连铸坯。
综上所述，只有从多角度、多方面对R780钻杆进行研究，才能保证其在施工过程中不出现变形甚至断裂问题，能够确保工程如期完成，也能使工程质量得到保障。
参考文献
[1]林海春.钻杆断裂原因分析及预防措施——以陆丰13-1油田LF13-1—10A井钻杆为例[J].石油天然气学报，2012（10）
[2]曹年宝.大直径反井钻机在开始扩孔时钻杆断裂分析与处理[J].煤炭技术，2012（08）
[3]蔡锐，胡志兵.S135钻杆断裂原因分析[J].理化检验：物理分册，2009（10）
[4]贺会锋.CB3-2 L2井钻杆断裂事故的处理与分析[J].石油和化工设备，2009（09）
【关键词】钻杆断裂；扭转应力；探究分析
对于定向钻机而言，由于其采用非开挖技术，因此对城市的道路不会产生较大的损害，又因其工作效率较高、工作成本相对低廉，该定向钻机的用途非常广泛，例如城市供水系统建设、城市热能供应、城市天然气供应、挖掘安置石油管道和电力通讯设备的架设等方面。然而由于地形、环境等方面的影响，定向钻机的钻杆很容易出现裂纹甚至断裂。本文主要研究R780钻杆的断裂问题，通过从施工现场取样的断裂钻杆为例，以显微测定、钻杆原材料以及钻杆断裂面的成像等方式为主要检测手段，从根本上研究该钻杆的开裂原因。
一、对钻杆的理化测试
（一）总体测定
将于施工现场所取得的R780钻杆进行实验室测定可知其相关属性如下：钻杆的长度为300mm，其表面稍有生锈，其中断裂处外可见60mm左右的横向裂纹，如图1所示。
从该图中可知，钻杆壁的厚度正常，细致观察管壁内部可知，该断面与钻杆的轴线出现了倾斜，倾斜角度约为45°，该倾斜使得断裂部位出现双平台现象，断裂处氧化严重，但是通过技术检测，该部位依然显露出断裂纹，纹路较为清楚且指向均匀。因此可知，该处是钻杆的断裂源头，其大小约为整个断裂口的30%。
（二）对钻杆进行成分测定以及机械测试
机械测定主要是从钻杆的中部取样分析，分析所用的主要仪器如下。
（1）对样本进行化学分析的仪器为QFN750光谱仪；（2）对样本进行拉伸强度测试以GB/T228相关标准为理论基础，采用CMT系列微型测试仪；（3）以GBT229为主要测试标准，采用NCSI智能冲击实验仪器对样本的冲击性进行试验。在上述测定过程中，要确保环境温度适中。
上述对R780的测试均与钻杆标准相符；通过研究相关标准可知，虽然冲击性能不在钻杆锻炼？的一般性研究氛围内，但是本次研究显示其冲击性极低，且断处的特征明显，也没有相应的纤维区域，因此可知，R780钻杆的韧性不足。
（三）对钻杆进行硬度测定
选择样本的源断裂处以及最终断裂处的样本进行研究，在钻杆上进行定点，定点的间距为2.5mm，进而使用LC-200R系列硬度仪器进行测定。测定结果如表1所示。
通过对钻杆的硬度试验后可知，源断裂处更加坚硬且分布较均匀，比较正常；然而在最终断裂处，由于其薄壁硬度不足，从断裂处至钻管的硬度与管壁的厚度呈正比，且在钻管厚度正常的部位，其硬度与源断裂处的硬度相仿。
（四）电镜观测
去样本的源断裂处进行盐酸和丙酮的浸渍处理，并用酒精和蒸馏水进行超声波清理，接着将上述样本放入JSM电镜检测仪中进行观测可知，管壁由于过于疲劳，出现了夹杂物，且这些夹杂物的尺寸均过大。对样本再进行能谱分析可知，上述夹渣物的成分为以Si、Ca为主的氧化物，其大小均在1mm×0.5mm左右。同时，夹杂物处出现裂痕且向四周扩散，钻杆的疲劳弧线明显可见。
二、对R780钻杆断裂样本的总体分析
研究R780钻杆的工艺流程，其一般性制作工艺为：炼钢（电炉）、进行连续铸造、加热（环形炉）、穿孔（锥形辊）、轧管、二次加热、矫正弯曲部位、车丝。因此可知，R780钻杆为热轧完成，同时其金相组织为珠光体以及铁素体。
以上可知，定向钻机的钻杆一般在钻地延伸中使用，那么由于施工范围的限制，就必须将钻管进行弯曲，如果钻管没有具备较高的强度以及较高的弹力，那么钻管在彎曲和冲击的过程中就很容易断裂。
将所取样本的断裂处进行相关专业分析可知，最先产生裂纹的部位是由于钻杆的变形导致的。钻杆断裂最常见的原因为扭曲疲劳。在现场施工过程中，由于钻杆四周的压力过大，那么在弯曲和扭转的同时就会受到岩石、摩擦力等因素的影响，当摩擦力过大、钻杆与岩石挤压力不均匀时，钻杆就很容易损坏；同时，当钻杆的弯曲度过大时，其扭转应力同样会增长，夹杂物处会出现裂缝，迅速蔓延，形成了断裂源。
从钻杆的生产原料角度来看，Ca、Si等氧化物基本上为耐火材料或者炉渣，此类夹杂物不易清理且熔点较高，在轧制过程中，上述夹杂物就会集中，从而产生大范围的应力集中区域。
结束语
从上述研究中可知，R780钻杆断裂的相关原因总结如下：第一，钻杆在工作中受到扭曲、形状发生变化，致使钻杆疲劳最终断裂；第二，R780钻杆通过化学性质检测、冲击力检查以及裂纹范围内的测定发现，该钻杆的相关数据均符合各项基本要求，而瞬断区的壁厚尚未达到标准值，其硬度值并未达标，该现状的原因为轧制异常。而针对上述问题进行改进的一般方法如下：第一，选用合适的技术确保钻杆所承受的压力更加平和、均匀，以防钻杆变形或扭曲；第二，正火处理钻杆，从根本上提升其韧性以及抗冲击力；第三，选择适当的拉坯以及浇铸速度，使夹渣物脱离连铸坯。
综上所述，只有从多角度、多方面对R780钻杆进行研究，才能保证其在施工过程中不出现变形甚至断裂问题，能够确保工程如期完成，也能使工程质量得到保障。
参考文献
[1]林海春.钻杆断裂原因分析及预防措施——以陆丰13-1油田LF13-1—10A井钻杆为例[J].石油天然气学报，2012（10）
[2]曹年宝.大直径反井钻机在开始扩孔时钻杆断裂分析与处理[J].煤炭技术，2012（08）
[3]蔡锐，胡志兵.S135钻杆断裂原因分析[J].理化检验：物理分册，2009（10）
[4]贺会锋.CB3-2 L2井钻杆断裂事故的处理与分析[J].石油和化工设备，2009（09）