小井眼开窗侧钻用高抗弯钻具接头性能分析与结构参数优化

随着小井眼开窗侧钻技术的广泛应用,由井下弯曲段引起的钻具接头失效问题日益突出。为解决因弯曲载荷造成钻具接头变形失效的问题,根据弹塑性力学理论及中心管材料本构模型试验研究结果,建立了钻具接头螺纹连接的三维有限元模型,研究了弯曲载荷作用下钻具接头连接强度和密封性能,并通过胀扣试验验证了有限元分析结果的可靠性。在此基础上利用正交优化方法,对其关键结构参数进行优化,获得了钻具接头较优参数组合,对比计算了API钻具接头与高抗弯钻具接头力学性能。结果表明,优化后的连接螺纹在抗拉/压、扭矩及弯曲方面性能均优于API螺纹,能更好地满足小井眼开窗侧钻的钻井要求。     

双台肩钻具螺纹接头的力学性能分析及测试

随着深井/超深井、复杂结构井钻井增加,普通钻杆已无法满足大钻压、高泵压和大扭矩钻井的需要,因此双台肩钻具凭借其优良的密封性能和抗扭性能得到油田的认可。但双台肩螺纹的设计、修扣制约着其使用性能,因此针对钻具螺纹接头轴对称特点以及所承受复合载荷的特点,应用接触力学理论建立了将三维问题退化为拟三维问题的有限元半解析法并编制有限元软件,可确定双台肩钻杆接头的公差及其紧扣扭矩。同时,对双台肩钻杆接头在紧扣扭矩的力学性能进行了应变测试,实验结果与软件分析结果一致,说明该理论模型是可靠的。     

139.7mm加重钻杆外螺纹接头断裂原因分析

为查明某井139.7 mm加重钻杆外螺纹接头的断裂原因,对断口进行了宏观和微观分析,对材料进行了化学成分分析、力学性能试验和金相分析,并进行了有限元分析等。结果表明:加重钻杆断裂属于腐蚀疲劳断裂;断裂主要原因是加重钻杆接头内径大于标准规定值,降低了加重钻杆外螺纹接头断裂扭矩和抗拉载荷,在疲劳载荷与腐蚀介质作用下,腐蚀疲劳裂纹首先在加重钻杆外螺纹接头危险截面部位螺纹牙底萌生,随后在载荷作用下裂纹不断扩展,进一步降低了接头的强度,最终发生了断裂事故。     

工程用钻杆螺纹断裂失效研究

工程用坑道钻机钻杆在孔内受各种载荷作用,包括弯曲、扭转、振动及拉压等,钻进时经常出现钻杆断裂现象,严重影响正常生产.从钻杆接头连接螺纹失效类型分析入手,考虑实际工作载荷对钻杆联结螺纹进行力学分析.基于有限单元法,建立了钻杆连接螺纹接触有限元模型,针对Φ42钻杆进行了强度分析,并对钻杆材质进行了断口的形貌、化学成分测量、硬度测量、金相分析,得出钻杆接头螺纹应力偏高,热处理工艺不稳定为钻杆断裂失效的主要原因,研究为进一步优化钻杆结构提供了重要依据,具有重要的理论意义及工程应用价值.     

石油取芯钻具外管螺纹的结构分析和参数优化

以某型号的石油取芯钻具外管螺纹结构优化为例,利用APDL语言建立外管接头螺纹的二维有限元模型,并对其进行了接触非线性有限元分析,对外管螺纹的强度进行分析校核,得出螺纹能够承受的最大扭矩。研究了钻杆螺纹牙数、牙型角、牙齿高和应力缓解槽等参数对螺纹强度的影响规律,并实现对牙齿高的优化。结果表明:需要保留的参数有牙数、牙型角和应力缓解槽;需要改进的参数为牙齿高,且变化范围在(1.7~2.0)mm。适当改变牙齿高,可以有效改善接头螺纹内部的应力分布状态,优化后的接头螺纹整体强度提高约14.07%。     

特殊管螺纹及其量规设计

地质钻探管材螺纹尚未制订国家标准,目前图纸多是对国外钻具的测绘。因此,这类螺纹量具的设计属于非标螺纹量具设计。地质勘探钻杆属于薄壁细长轴件,用以传递较大的回转扭矩及钻进压力,其工作状况复杂,薄壁上切出螺纹,加之牙底和螺纹尾部产生的应力集中,使螺纹部分成为钻杆最薄弱环节,钻杆折断事故多发生在螺纹联接部位,因此,钻杆螺纹的加工及其质量控制至关重要。本文重点介绍该类螺纹量规的设计。进行量规设计的基础一是螺纹特点分析;二是螺纹加工中的控制分析。     

液压钻机钻杆连接方式研究

为了提高钻杆拆卸速度和改善转矩传递方式,文中根据液压管快速接头的工作原理对ZDY1900型钻机使用的63.5 mm钻杆接头进行改进和优化,研究设计了一种新型的钻杆连接方式。建立三维模型,导入ANSYS有限元软件进行静力学分析,并根据结果对接头结构进行进一步优化。改进后的快速接头改正了螺纹接头只能单向旋转的缺点,能够实现正反转动,并且装卸快速方便,更利于机械装卸和矿用钻机自动化发展。     

J55特殊螺纹接头油管的强度性能分析

对J55高强度无台肩特殊螺纹接头油管的上扣性能和四种极限失效方式的应力分布进行分析,该结构油管接头上扣后内壁齐平,有利解决抽油杆对油管的偏磨。对规格为Φ73.02×5.51 mm的J55高强度无台肩特殊螺纹接头油管进行理论建模,上扣分析、四种极限载荷失效方式(拉伸至失效、压缩至失效、内压至失效、外压至失效)的应力分布及理论极限失效载荷分析,螺纹接头在各种条件下的整体应力分布及合理性分析,密封环接触应力分析。有限元分析表明上扣后油管结构应力分布合理;密封环均保持较高的接触应力,与接头对顶的端面作为辅助密封也一直保持较高压力,特氟龙密封环的主密封和端面辅助密封共同起作用,使接头表现出良好的密封能力;四种极限载荷的失效载荷(分别为408.9 k N、584.1 k N、84.0 MPa、87.0 MPa)均高于API标准中该规格圆螺纹的强度要求,螺纹接头应力分布合理。上扣时该规格螺纹接头的螺纹中径过盈量可以适当减少,以提高抗粘扣性能;在四种极限载荷失效方式下,高强度无台肩特殊螺纹接头油管性能较好,均满足API标准中该规格圆螺纹的强度要求;密封环具有良好的主密封和辅助密封效果。     

复合载荷作用下特殊螺纹套管接头性能分析

针对在复合载荷工况下石油套管易失效和易泄漏的问题,对复合载荷作用下套管特殊螺纹接头的应力水平和接触压力沿密封面的分布规律进行了研究。依据材料性能和套管接头的结构特点,对特殊螺纹套管接头进行了简化;运用ANSYS软件建立了套管接头的有限元模型,包括网格划分、加载和约束,然后利用ANSYS接触分析功能模块计算得到了特殊螺纹套管接头在上扣过盈配合、轴向拉力、内压以及复合载荷下的应力云图和接触压力云图,着重研究了套管在不同荷载作用下的连接性能和密封性能。研究结果表明:复合载荷中的各个单一载荷对套管接头的性能影响是不同的;轴向拉伸荷载对扭矩台肩和主密封密封性能影响较大,内部压力的增大能够提高接头的密封性能。     

切削热对双台肩螺纹加工精度与连接强度影响研究

双台肩螺纹以其高抗扭能力,在钻井作业过程中得到广泛应用。然而双台肩螺纹加工精度要求高,致使国内很多厂家生产的双台肩钻杆螺纹接头达不到设计要求。切削热是影响双台肩螺纹接头加工精度的主要因素之一。为研究切削热对双台肩螺纹加工精度和连接强度的影响,建立了一种基于CAE协同仿真的方法:通过建立双台肩螺纹车削加工的有限元模型,分析其在加工过程中的温度场分布情况;然后建立双台肩螺纹接头的温度-变形模型,研究温度场对螺纹变形的影响,即加工精度影响;通过建立三维的螺纹接头有限元计算模型,评价切削热所引起的加工误差对双台肩钻杆螺纹接头连接强度的影响。通过研究得出,切削热引起的螺纹牙单侧面轴向变形约0.014 8 mm,该变形量将导致接头抗扭和抗拉性能下降30%,且大幅度降低了压缩载荷或弯曲载荷作用时的使用寿命。因此加工应考虑切削热的影响,提出了相应的改进措施,并计算了多种常用切削用量下的变形量。