PLC控制系统在钻杆密封面台肩修磨机中的应用

针对目前使用的钻杆修磨装置不能实现控制定位,也没有对钻杆的磨削深度进行精确控制,只是凭借经验和观察对钻杆进行修磨,影响了磨削工件的质量和技术指标,而且还不能在自动控制的检测线上应用的问题,设计了数控钻杆密封面台肩修磨机。该修磨机采用先进的台达数控技术,结合触摸屏,利用PLC控制系统实现修磨机对钻杆面磨削的精确控制。该控制系统2008年12月在湛江钻杆检测线上应用表明,性能稳定,运行良好,能满足实际生产要求。     

适合特深井的双台肩钻杆接头副台肩间隙的确定

为了满足越来越苛刻的钻井工况的要求,全球各大钻具制造厂商不断开发出具有更优越性能的特殊螺纹钻杆接头,普遍增加了副台肩结构形成双台肩钻杆接头。但是面对超深井和特深井复杂工况,现有钻具接头的副台肩间隙是否满足要求至今未被关注。为此,通过建立具有不同副台肩间隙的双台肩钻杆接头三维弹塑性有限元模型,分析了副台肩间隙对接头应力分布特征和抗扭性能的影响,确定了适合特深井的双台肩钻杆接头合理副台肩间隙。研究结果表明:①不同轴向力(对应不同井深)工况条件下,副台肩间隙对双台肩钻杆接头主台肩、副台肩、螺纹牙的承载比例有着很大的影响;②大轴向力条件下主、副台肩的承载相对较小而螺纹牙的承载较大,减小副台肩间隙可有效降低螺纹牙承载比例;③所考察的NC50双台肩钻杆接头,当轴向力小于3 000 kN(井深小于9 000 m),建议副台肩间隙选择0.40 mm;④当轴向力大于3 000 kN(井深大于9 000 m),建议副台肩间隙选择0.20mm。结论认为,根据井深特点使用具有更合理副台肩间隙的双台肩钻杆接头,可以有效地提高接头的使用性能、降低接头失效风险。     

钻杆旋转台肩螺纹连接结构粘结失效影响因素分析

旋转台肩螺纹连接结构粘结失效是钻杆主要的失效形式之一,发生位置包括内外螺纹连接部位及其旋转台肩。分析认为：粘结失效的本质是旋转台肩螺纹连接结构局部位置接触应力过大,使得金属材料局部屈服和流动,这种金属流动的放大过程导致了粘结事故的发生。粘结失效事故发生是非常复杂的,与钻杆材料、螺纹参数,涂镀层、螺纹脂、上卸扣操作等多方面因素相关,这些因素在不同的组合条件下发挥着不同的作用,且都会对螺纹结构的粘结失效造成一定的影响。为了减少钻杆旋转台肩螺纹结构粘结失效事故的发生,建议严格规范钻杆旋转台肩螺纹连接结构的检验和使用。     

特殊螺纹接头上扣螺纹过盈量设计

针对特定工况要求设计的低钢级、薄壁油管特殊螺纹上扣扭矩较低问题,首先采用蒙特卡洛方法对不同加工偏差组合的接头进行有限元模拟分析,得到上扣螺纹过盈量与台肩扭矩的线性关系,由此初步确定满足工况要求的上扣螺纹过盈量设计值。然后利用实物上卸扣方法进行了试验验证。结果表明,利用有限元方法可快速分析实际特殊螺纹接头在不同上扣螺纹过盈量下的台肩扭矩分布,最大台肩扭矩与实物上卸扣试验结果基本一致。     

不锈钢管坯外表面局部修磨设备的研制

为了解决大规格不锈钢坯料管由于穿孔机热加工后造成管坯局部区域壁厚不均,需通过后续冷轧管机或冷拔管机进行纠偏加工,生产加工道次增多,且效果不理想的问题,设计了单边(局部)浮动磨削加工修磨机。介绍了该修磨机的主要技术参数,各设备单元的结构组成及其主要功能。并采用该修磨机对某规格不锈钢坯料管进行了修磨,修磨后的产品光滑、接刀处圆弧过渡,实现了设计要求,满足了生产需要。     

短齿牙形锥螺纹钻杆接头的密封性能

本文阐述了短齿牙形锥螺纹钻杆接头密封性能为何优于标准的,带台肩的锥螺纹钻杆接头密封性能的原因。在深井中的钻杆接头,若公接头采用短齿牙形,母接头采用全齿牙形,其密封性能将满足高压工况的要求。     

钻杆接头水眼结构及其疲劳强度研究

在每年发生的钻杆失效事故中约 4 0 %是其内螺纹接头直角台肩根部的疲劳开裂。对钻杆接头水眼结构及其疲劳强度的研究发现 ,内螺纹接头水眼结构尺寸明显影响直角台肩根部的应力水平 ,直角台肩根部的壁厚是影响该部位疲劳强度的主要因素。鉴于API标准和我国行业标准均没有规定内螺纹接头的内径尺寸这一状况 ,应用力学计算、有限元分析及全尺寸疲劳试验方法优化设计了钻杆内螺纹接头合理的水眼结构尺寸 ,现场试验和现场调查均表明这种合理结构接头的直角台肩根部不再发生疲劳刺漏 ,其疲劳强度大于钻杆管体。     

双台肩钻杆接头三维力学分析

建立了双台肩钻杆接头的三维有限元模型,利用显式动力学有限元方法分析了双台肩钻杆接头在上扣扭矩、轴向拉力和弯矩作用下的力学特性。相比二维轴对称模型,三维有限元模型可以考虑螺纹的螺旋升角,有效地模拟螺纹接头的上扣特性。计算结果表明,上扣扭矩的作用使得接头在螺纹牙、主台肩、副台肩处产生一定的预紧力,从而实现公扣、母扣间的过盈配合;轴向拉力使得螺纹牙上的接触压力上升而主台肩、副台肩上的接触压力下降,这一方面加重了螺纹牙的负担,另一方面也影响了接头的密封性能;在弯矩的作用下,钻杆接头的应力分布呈现出明显的非对称特性。此外,在上扣扭矩和轴向拉力作用下,各螺纹牙的承载很不均匀,两端的几牙螺纹承担了大部分的载荷,而中间段螺纹牙仅承担了小部分载荷。     

GB4749—84《石油钻杆接头螺纹量规》介绍

<正> 石油钻杆接头螺纹量规是综合检验石油钻杆接头、方钻杆、钻铤、钻柱短节等旋转台肩式连接螺纹的量规。GB4749—84于1984年11月发布。而我国曾采用API Spec 7《旋转钻井设备规范》的有关规定,该标准与API Spec 7的量规标准之间是什么关系,现阐明如下,以利贯彻实施。 一、GB4749—84参照了ApI Spec7     

Φ149.3 mm钻杆高强度接头数值分析

大位移井、深水井和超深井钻井中Φ149.3 mm钻杆旋转台肩接头不能满足API标准高抗扭矩的要求，限制了Φ149.3 mm钻杆性能的发挥。为了充分发挥Φ149.3 mm钻杆的性能，基于有限单元法理论，根据钻杆接头轴对称的特点，将三维问题简化为二维问题，设计了一种新型Φ149.3 mm钻杆双台肩接头，使用ANSYS软件模拟近似分析接头螺纹在各种情况下的强度，再与Φ139.7 mm接头对比，验证其高抗扭矩的性能。通过ANSYS模拟计算，证明了Φ149.3 mm钻杆双台肩接头的高抗扭性能，能够满足现场的应用。     

一种新型钻杆螺纹设计及应力分析

针对应力集中导致石油钻杆螺纹产生疲劳裂纹,进而发生断裂失效事故的问题,在API接头的基础上,研究开发了一种新型钻杆螺纹接头。该新型螺纹结构主要改进之处是内螺纹锥度保持1∶6不变,外螺纹锥度变为1∶6.23。有限元分析结果表明,这种螺纹形式显著改善了接头受力情况,使得螺纹应力分布更加均匀,并降低了主台肩过渡圆角处的应力集中。对样品的上扣试验结果表明,采用新型螺纹后,外螺纹接头主台肩底部的过渡圆角处应力集中情况也得到明显改善,接头整体受力分布和不同区域应力差更趋平缓,降低了螺纹前几牙及主台肩过渡圆角处的应力集中情况,可大大延长接头使用寿命。     

双台肩钻杆接头开裂失效分析

分析了某井一批双台肩钻杆接头开裂失效事故。试验分析表明,裂纹主要位于外螺纹台肩面附近的颈部和第1~3牙螺纹根部,具有沿晶、分枝扩展特征。扫描电镜断口形貌和能谱分析结果证实该批钻杆接头属于H2S应力腐蚀开裂,导致接头开裂的主要原因是钻杆接头材料强度和硬度偏高,钻杆接头内径偏大,使失效部位的应力水平增大,且钻杆接头本身承受扭矩过大。分析结果对双台肩接头的研究开发和使用具有很好的参考价值。     

基于密封性能要求的超深井钻柱极限提升力的确定

为了评估大轴向载荷作用下的钻杆接头密封性能,保证钻杆接头的使用性能,采用三维有限元方法建立了双台肩钻杆接头高精度有限元模型,研究了钻杆接头的密封机理,并分析了其在上扣扭矩和轴向拉力作用下的力学特性。研究结果表明,双台肩钻杆接头的密封以主台肩、副台肩为主,只有当上扣扭矩使主、副台肩上产生一个合理的接触压力后,才能保证接头的密封性能;轴向拉力的作用将降低主、副台肩上的接触压力,从而影响接头的密封性能;当轴向拉力超过2 500 kN时,主、副台肩将失去密封性能,从而增加接头发生应力腐蚀的风险。该研究结果对超深井钻杆接头使用性能的提高和钻柱极限提升力的确定具有一定的参考价值。     

双台肩高抗扭特殊螺纹接头开发

针对四川盆地海相地层提出的旋转下套管的技术要求,研究开发了一种新型双台肩高抗扭特殊螺纹接头.该接头克服了普通特殊螺纹接头扭矩台肩厚度增加带来严重应力集中的技术难题,改善了扭矩台肩处的受力,在提高台肩抗扭能力的同时也保证了台肩处应力在材料屈服极限以内.与此同时,利用有限元法优化了锥面/锥面密封结构,使密封更有效.有限元分...     

Ф101mm非标钻具及工具在苏里格气田的应用

鉴于API标准S135钢级Ф88.9和Ф101 mm钻杆均不能适应以深井、大位移井为主的苏里格气田的施工要求,推广应用了非标钻具进行施工。推广措施包括非标螺纹钻具设计和配套工具的改进。钻杆接头选用双台肩非API标准螺纹ST39,锥度为1∶12。将吊卡台肩上部开口直径改为127 mm,高度不变。方钻杆采用107.95 mm非标四方钻杆。现场应用结果表明,研制的Ф101mm非标钻具及配套工具管体和接头的抗拉、抗扭强度较API标准螺纹更加合理,更加符合长水平段水平井钻井施工要求。     

特殊螺纹接头扭矩的分析

简要介绍了特殊螺纹接头的基本结构和特殊螺纹接头扭矩计算的重要意义。在试验与有限元分析的基础上,建立了特殊螺纹接头的扭矩计算方法。该方法是将特殊螺纹接头扭矩分成螺纹与台肩两部分,采用不同的摩擦系数对有限元模型计算上扣后对应的螺纹与台肩扭矩。最后验证了该计算方法的可靠性,结果表明,该方法的计算结果与试验结果相吻合,可以用于特殊螺纹接头扭矩的计算与预测。     

新型双台肩钻杆接头研究与应用

随着钻井技术的进步,要求钻杆接头可传递更大的扭矩以适应各种复杂的工作环境,因此对其抗扭性能研究变得尤为重要。为此,设计了一种新型双台肩钻杆接头。与一般的双台肩钻杆接头相比,新型钻杆接头增加了外螺纹接头和内螺纹接头圆柱孔部分的长度,使得钻杆接头可以保证钻杆在井下传递更大的扭矩而不发生失效。利用有限元软件建立了API标准接头和新型双台肩钻杆接头的有限元分析模型。由有限元计算结果可知,新型双台肩钻杆接头的抗扭能力明显高于API标准接头,可传递更大的扭矩。油田中应用也表明新型双台肩钻杆接头的性能优于API标准接头。     

钻杆接头螺纹退刀尺寸对接头寿命的影响

钻杆接头螺纹退刀尺寸是指外螺纹接头的台肩面到螺纹消失前第一个完整螺纹之间的距离。GB9253．1－88规定退刀尺寸应小于或等于12．7mm内螺纹，钻杆接头内螺纹的锤孔尺寸为16±2mm，以保证内、外螺纹啮合良好。经检测发现，从日本NKK公司进口的所有φ127mm钻杆接头外螺纹退刀尺寸都大于12．7mm，镗孔尺寸为16～18mm。而APISpec7K规定钻杆接头内螺纹最小镗孔尺寸为15．9mm。鉴于此，建议对我国的有关标准作相应修改，与API标准保持一致。     

NCS38气密封钻杆接头应力分析与结构优化研究

为适应更高的钻井环境要求,在NC38钻杆接头的基础上,设计了一种新型气密封钻杆接头NCS38。该新型接头设置了专门的径向金属密封结构以及辅助扭矩台肩,圆锥形密封面通过过盈配合实现密封,辅助扭矩台肩则可保护密封面。为了确定合适的密封锥度和密封过盈量,建立了NCS38接头的有限元模型,运用有限元方法进行了模拟计算。计算结果表明:不同的密封锥度和过盈量对密封面的密封性能和应力分布有较大影响,合理的锥度及过盈量参数可提高接头的密封性能。研究结果对于气密封钻杆接头的现场应用具有一定的指导作用。     

API钻杆接头连接几何参数误差的相互关系

本文从API钻杆接头的公母螺纹及台肩面连接时的几何关系出发,考虑了正确旋入,求出紧密距误差与螺纹半角误差、螺距误差、锥度误差及测量面(基面)节径误差的关系。为计算这些参数误差的相互补偿范围提供了参考公式。