双台肩技术在小尺寸钻铤上的应用研究

对塔里木油田φ120.65mm(43/4英寸)钻铤断裂频繁的米兰1井和哈6井进行了分析,认为在超深井小井眼钻进中提高钻铤螺纹抗扭强度是预防钻铤失效的关键.对φ120.65mm(43/4英寸)钻铤NC35螺纹加工LE螺纹、应力槽、双台肩后进行了实物抗扭性能试验,证实双台肩钻铤具有很好的抗扭性能.有限元计算表明,双台肩螺纹具有较低应力水平.根据现场使用效果分析,双台肩技术的使用有效地降低了钻铤断裂失效数,值得在小尺寸钻具上推广应用.     

高强度钻铤螺纹的研制及应用

在分析钻铤螺纹失效部位及原因的基础上，研制了高强度钻铤螺纹，它与普通钻铤螺纹相比，只是在外螺纹小端增加了一段光平的锥体。当钻铤上扣到规定扭矩时形成第二台肩，第二台肩和第一台肩同时顶紧，螺纹最小截面积可增加４３％，增加了螺纹承载能力。现场使用表明，使用高强度钻铤螺纹是延长钻铤寿命、减少井下事故的一种有效措施。     

从钻铤事故谈钻铤螺纹的选型与加工

两起事故钻铤的断口均属钻铤连接螺纹处弯曲强度比不足引发的疲劳折断。通过对钻铤连接螺纹区域的工作应力定性分析，导出了内、外螺纹上各自的危险截面，提出了对钻铤平衡连接的理解。认为随意改变钻铤螺纹的规格和类型，不随钻铤外径磨损及时根据弯曲强度比减小钻铤螺纹的规格，是现场两种常见的因弯曲强度比不足导致钻铤早期疲劳失效的原因。经对数字型（NC）螺纹和正规型（REG）、贯眼型（FH）、内平型（IF）螺纹各自的应力集中系数Kf的比较，建议使用NC螺纹以降低应力集中，提高钻铤连接螺纹的疲劳寿命。还对影响Kf值的螺纹表面形状精度、粗糙度、表面组织进行了讨论，提出了提高螺纹表面质量的相应措施，以延长钻铤使用寿命。     

取心工具螺纹机械性能的改进

针对现有各型取心工具因螺纹结构特点的局限，存在抗拉、抗扭强度不高的问题，在工具多次使用后易出现疲劳损伤、螺纹胀裂等现象，四川石油取心中心对现有取心工具进行了改进，并计算对比了改进前后2种螺纹的抗拉和抗扭强度，结果证明改进后的取心工具的螺纹机械性能被大大提高。     

φ152mm和φ216mm井眼取心工具螺纹改进研究及现场应用

现役取心工具虽能满足井下使用要求,但受螺纹设计水平局限,螺纹普遍存在抗拉、抗扭强度不高、工具螺纹易疲劳损伤、粘扣、不易卸扣及抗硫效果差等问题,为取心作业中整个钻柱中的薄弱环节。针对以上问题,钻采工程技术研究院研究设计了一种高强度螺纹,应用于取心工具,使其具有更高的抗拉、抗扭强度、抗硫能力和更长的使用寿命,并且进行了现场应用,取得了显著效果,有效提高了取心工具井下使用的安全性和现场组装的便捷性,具有较好的推广价值。     

确保石油钻铤螺纹联接强度的使用措施

石油钻铤螺纹联接失效是钻具失效的主要类型。不少学者就其联接强度作了很多的理论研究和实验研究,为现场施工提供了许多有价值的理论指导。研究了大量的调研资料后发觉,如何从井队使用上采取一系列措施确保钻铤螺纹联接强度是一项重要的工作措施,为此,开展了这项研究工作,提出了使用上宜采用的４条具体措施和方法。     

高抗扭双台肩钻铤在长庆天然气钻井的配套与应用

为了减少钻井施工中钻铤的早期失效,长庆管具公司研发、推广了具有自主知识产权的双台肩螺纹钻具;根据钻具在井下的受力状况和钻铤的弯曲比数据,通过给钻铤增加一个受力台阶减小了钻铤的弯曲应力,同时也降低了钻具在井下自动上扣对钻具螺纹造成的损伤;2008年长庆钻井在陕北气田靖中东、靖南区块、苏里格的7个钻井队推广了双台阶螺纹结构的钻铤,全年共钻井20口,进尺54539m,未发生一次钻具失效。从使用的效果证明,双台肩螺纹结构钻铤对降低钻铤的失效效果显著,有极高的推广价值。     

钻铤螺纹应力分散槽结构改进

介绍了API Spec 7标准、SY/T 5144标准、GB/T 22512.2标准中关于钻铤螺纹应力分散槽结构方面的发展历史。指出原有结构使公、母螺纹啮合的完整扣数目减少,降低其承载能力,并使弯曲强度比增加。提出了螺纹应力分散槽结构的改进方法,减少了应力集中,提高了钻铤螺纹的使用寿命。     

钻铤螺纹失效分析及解决措施

在钻井过程中，钻铤螺纹承受的载荷非常复杂，常发生失效事故。通过对钻铤螺纹失效问题的深入分析，找出了钻铤螺纹失效的主要原因，提出了采用双台肩螺纹接头、数字型螺纹和使用成型梳齿刀具加工螺纹等3种解决措施。重点对双台肩螺纹接头进行了分析计算，证明了采用双台肩螺纹接头解决钻铤螺纹失效事故的有效性。     

非API钻铤螺纹强度分析

石油钻井过程中用的钻铤螺纹基本上都是符合API标准规范的。但是,随着随钻地质导向测量系统等产品系列化研制,为达到设计要求的目标,经常需要对钻铤螺纹的尺寸和扣型进行改动,钻铤螺纹很难符合API规范。为保证改动后的钻铤满足强度等技术指标要求,需要对非API标准规范的钻铤螺纹进行弯曲强度比、最小上扣扭矩和最大狗腿度等进行计算。为解决此类问题,文章针对非API钻铤应满足的强度指标进行了较为详细的分析及应用计算,得出一些有益的结论,对随钻测井仪器结构设计人员具有较好的借鉴意义。     

NC50型钻铤公螺纹疲劳寿命计算分析

以NC50型钻铤公螺纹作为研究对象,用有限元方法对加工有不同应力减轻槽的钻铤公螺纹接头进行了分析计算。根据有限元分析结果,将应力应变值代入Morrow应变周期方程,得到4种公螺纹接头的相对疲劳寿命,计算结果表明,带API标准应力减轻槽的公螺纹抗疲劳性能最佳,建议采用这种应力减轻槽结构。     

一种新型钻铤接头应力减轻结构的效果分析

石油钻铤失效事故大多发生在外螺纹接头靠近台肩处的最末啮合扣位置,而疲劳断裂与断裂处的应力水平有很大关系,应力水平越高,越容易发生疲劳断裂。因此,如何减小钻铤接头的局部应力集中、改善应力分布,一直是研究的热点问题。在API应力减轻结构的基础上,设计了一种新型应力减轻结构,并进行了实际应用。在考虑摩擦因数的前提下,利用有限元方法,对该新型结构进行了详细分析,对比了API接头、API应力减轻结构和该新型结构的效果,分析了3种结构在台肩面、螺纹牙上的应力分布以及台肩面上的接触力分布。结果表明,该新型结构可以有效地减小钻铤接头局部应力峰值,改善接头的应力分布,从而为改进钻铤接头设计、提高钻铤寿命提供了参考。     

公螺纹应力减轻槽效果分析

在钻井过程中,钻具疲劳失效事故频繁发生,其失效部位主要集中在螺纹接头处,如何减轻集中在接头处的应力,国内外有关学者提出了在螺纹部位加工应力减轻槽以降低公扣最末完全扣和母扣根部的应力集中,该方法经现场应用后,效果显著。以?177.8mm钻铤公螺纹接头作为研究对象,用有限元方法对加工有不同应力减轻槽的钻铤公螺纹接头进行了分析计算,得出了4种不同公螺纹结构在相同的边界条件和载荷作用下最末完全扣处的应力集中情况。计算结果表明,带有应力减轻槽的公螺纹具有较小的应力集中,特别是API标准应力减轻槽的应力集中最小,因此抗疲劳性能最佳,建议采用这种应力减轻槽结构。     

气体钻井API钻铤螺纹多轴疲劳寿命研究

据现场钻具失效统计,气体钻井在大钻压作用下,常发生钻铤螺纹疲劳断裂失效。因此,引入多轴疲劳强度理论到气体钻井钻铤疲劳寿命研究,借助Pro/E软件建立API钻铤螺纹三维实体模型,并在气体钻井钻铤螺纹模型计算结果的基础上分析了API钻铤螺纹的应力分布规律,根据多轴疲劳寿命理论预测得到气体钻井钻铤螺纹的疲劳寿命值约为2×105次。研究结果为气体钻井API钻铤螺纹快速失效机理研究提供了参考。     

钻铤超声波检测探析

简要介绍了钻铤的用途和分类,API标准和石油行业标准对钻铤的探伤要求以及超声波检测（UT）常见问题。分析了影响超声波探伤结果的因素,主要有耦合剂、UT标样人工孔标定的准确性、UT探头K值的选用、探头曲率半径及探头磨损、钻铤深孔加工方式、钻铤内壁积水或积油、检测时的扫查方向和速度等,并提出了超声波检测过程中应注意的事项。     

川渝地区某超深井钻铤外螺纹断裂失效分析

某Φ279.4 mm钢制钻铤在川渝地区某超深井服役过程中紧扣时,在距钻铤外螺纹端面2～4 cm处发生断裂。通过对断口进行宏观形貌观察及断口和台阶面特征、金相组织、硬度分析,并结合钻铤材料的力学性能试验,对失效钻铤外螺纹断裂原因进行试验分析。结果表明:钻铤螺纹齿牙之间附着大量沉积物,台肩处大量大尺寸磨损坑,多处裂纹源在齿根底部形成,集中在最末完全扣前3～5扣处,在拉伸应力以及扭矩交变载荷的共同作用下,裂纹缓慢扩展,形成初始断口,当钻铤断裂截面处不足以承载交变载荷以及扭矩作用时,发生断裂。     

钻具螺纹接头螺纹牙载荷计算方法的探讨

钻具螺纹接头各圈螺纹牙承受的载荷分布是不均匀的，这对螺纹接头的疲劳强度影响很大。用有限元分析方法虽能精确地计算许多条件下螺纹牙的受力状况，但要系统分析各种因素对螺纹牙承受载荷的影响就不太方便。鉴于此，用数学分析方法得到了在预紧扭矩和外加轴向载行作用时钻具螺纹接头的变形协调方程，并求出其近似解，即螺纹各圈间载荷分布函数，据此讨论了影响各圈螺纹牙载荷分布的因素。分析认为，减小内、外螺纹接头截面积倒数之和，或增大螺纹牙啮合时的变形柔度，可使各圈螺纹牙载荷分布趋于均匀。     

钻铤内螺纹接头横向开裂失效分析

某井发生钻铤内螺纹接头横向开裂失效。进行了宏观分析、力学性能测试、化学成分分析、金相组织和微观断口分析,结果表明,钻铤材料中MnS夹杂物超标,螺纹底部和牙侧存在腐蚀坑和加工划痕,这些缺陷的存在降低了钻铤的服役能力;钻铤接头应力减轻槽加工不符合标准要求,致使内螺纹接头螺尾根部成为螺纹连接的薄弱部位,在交变应力作用下,应力集中的螺尾根部萌生裂纹并疲劳扩展,导致钻铤接头横向开裂。     

钻铤螺纹联接处载荷分布规律研究

根据弹性力学理论，通过对钻铤接头螺纹的受力分析，分别建立了上扣扭矩、轴向外载和内外水压力作用下的螺纹载荷计算模型。依据此模型，详细分析了钻铤螺纹的载荷分布规律，提出了改进钻铤接头受力状态，减少应力集中的主要措施。