加重鉆桿要承受拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)和彎曲的周期性應(yīng)力。拉伸和彎曲是最危險(xiǎn)的應(yīng)力。目前,鉆桿疲勞破壞的主要原因是鉆桿在彎曲井孔中旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生周期性應(yīng)力所致。在彎曲的井孔中,即使鉆鋌有足夠的厚度,仍然可能發(fā)生疲勞破壞,而且破壞的位置不一定。當(dāng)鉆桿發(fā)生彎曲時(shí),鉆桿每旋轉(zhuǎn)一圈,其對應(yīng)的位置會(huì)由于重復(fù)性的受拉和受壓而產(chǎn)生周期性應(yīng)力。
靠近鉆鋌以上的鉆桿最可能受到彎曲,因?yàn)殂@鋌具有較大的剛性,能抵抗彎曲,彎曲將發(fā)生在鉆鋌以上的鉆桿。同時(shí)鉆桿上的最大應(yīng)力發(fā)生于鉆桿加厚部位的末端,約距接頭50厘米的位置。如上所述,接頭不可能彎曲,彎曲只能發(fā)生在管壁較薄的鉆桿體上,在這斷面變化的位置,起到類似虎鉗固定的作用,使它成為彎曲力的支點(diǎn)。如果鉆桿在其全長上均勻地彎曲,則作用于鉆桿上的應(yīng)力會(huì)變得低一些,疲勞破壞的應(yīng)力周期數(shù)可以提高。
決定疲勞破壞的數(shù)值有:在鉆桿彎曲處,鉆桿承受的拉力負(fù)荷;鉆孔彎曲的嚴(yán)重程度;每段鉆桿在鉆孔彎曲處的重復(fù)應(yīng)力次數(shù);鉆桿的尺寸及鋼材性能。由于鉆桿所承受的額拉力大小是疲勞破壞的關(guān)鍵,所以在深井中,上部的鉆孔彎曲往往成為疲勞破壞的因素。
應(yīng)該指出,只要鉆桿通過了鉆孔彎曲處,即使拉力被消除了,積累疲勞損壞還是存在的,因此如果重復(fù)幾次通過鉆孔彎曲處,就有可能會(huì)使鉆桿發(fā)生疲勞破壞。同樣要看到,一根鉆桿在某一井內(nèi)即使沒有發(fā)生事故,但有可能已經(jīng)受到損傷。因此。當(dāng)它再用于同一口井或其他井時(shí),雖然把它接在鉆柱頂部,即使作用于鉆桿上的彎曲應(yīng)力是在額定數(shù)值內(nèi),也可能使它無法承受,以致造成事故。
此外,還有一些其他原因會(huì)造成純疲勞破壞的彎曲應(yīng)力。例如,任何一根彎曲鉆桿往往都是疲勞破壞的潛在因素。彎曲的方鉆桿會(huì)使轉(zhuǎn)盤以下第一根鉆桿彎曲,一旦這根鉆桿承受的應(yīng)力足夠大時(shí),就會(huì)造成疲勞破壞。天車不對中,也會(huì)使鉆桿發(fā)生疲勞破壞,因?yàn)樗鼤?huì)在方鉆桿和鉆桿上造成彎曲應(yīng)力。