钻杆螺纹失效分析及改进措施研究

基于钻杆的失效原因和失效的主要表现形式,通过对钻杆接头螺纹强度进行有限元分析,并对钻杆有限单元分析方法作了相应的介绍,最后通过钻杆螺纹失效原因的分析,提出相应的结构改进措施,实际生产活动表明,这种结构改进措施可以提高钻杆的使用周期,在煤矿开采过程中,因钻杆断裂而发生的事故几率大大降低,为企业节省了开支,保证了企业的经济收益和施工质量。     

矿用钻杆的失效修复及分体式设计应用

基于露采钻机钻杆的失效形式及原因分析,改进了两端内、外锥形螺纹接头的材质和结构,重新制作并替代了失效钻杆的螺纹接头,与钻杆管体重新联接,提出了失效钻杆修复工艺方案。结合修复工艺方案,从结构改进设计角度,提出了分体式钻杆的设计方案,并针对其特点和应用效果进行了说明和分析。失效钻杆修复工艺和分体式钻杆具有一定的推广应用价值。     

大直径天井钻机钻杆螺纹失效分析及改进措施

分析大直径天井钻机钻杆螺纹失效的原因,提出了选择合理的螺纹形式、螺纹材料、螺纹连接方式以及螺纹表面处理方式和螺纹脂等提高钻杆螺纹强度和可靠性的措施。生产实践证明,这些措施可以显著提高天井钻机钻杆可靠性,有效减少钻杆螺纹损伤情况的发生。     

大直径定向长钻孔用ф73mm钻杆接头设计及应用

针对煤矿井下大直径定向长钻孔施工时常规钻杆频繁发生断裂及粘扣等问题,分析了钻杆失效原因,通过优选接头材质并借鉴石油管接头的设计经验,开发出双顶结构接头及W-038R螺纹牙型,并利用有限元分析软件、室内试验及现场试验的方式依次对设计开发的W-038R螺纹接头和常规V-040螺纹接头进行对比,结果表明,工况加载条件下W-038R螺纹接头应力分布要明显优于V-040螺纹接头,前者可以满足使用要求,而后者会发生联接失效;室内静扭试验表明,设计的W-038R螺纹接头静扭能力可达22 000 Nm,是V-040螺纹接头1.5倍;现场试验表明,同等施工条件下,W-038R螺纹接头钻杆千米扩孔进尺钻具事故率约为V-040螺纹接头常规外平钻杆的18%。     

顶板高位大直径水平长钻孔配套钻具研制

针对煤矿井下顶板高位大直径水平定向长钻孔施工中常规钻杆出现粘扣、弯曲、断裂等问题,分析了钻杆柱的工作状态,建立了顶板高位大直径长钻孔钻杆柱受力模型和有限元分析模型,明确了钻杆失效的主要原因,通过优化螺纹牙型和接头连接形式,研制了73 mm高韧性高强度钻杆,解决了定向钻孔扩孔钻进时钻杆断裂、粘扣等问题,满足了顶板高位大直径定向长钻孔的施工要求。     

螺旋槽定向钻杆螺纹强度分析

针对螺旋槽定向钻杆的螺纹联接处在使用过程中容易出现的强度失效问题,结合钻杆的受力特点,对其螺纹强度展开研究,建立了钻杆螺纹的三维模型,应用有限元法分析了钻杆分别在受扭矩、拉力、压力工况下,螺纹的应力分布规律。依据分析结果,提出了钻杆在工作条件下的薄弱位置。研究结果表明:在不同工况下,螺纹应力分布特点各不相同。螺纹的首尾两端是强度失效更可能发生的位置。     

煤矿用外平钻杆加工质量控制点的探究

针对煤矿用外平钻杆出现的质量问题,从加工工艺流程的角度深入探究了钻杆常见的破坏形式和原因,包括杆体断裂、接头螺纹断裂以及焊缝处断裂等。提出了外平钻杆加工过程中的质量控制点,并进行了详细的探讨。这对钻杆的生产和检验控制具有重要的指导意义。     

地质钻杆失效原因及加强措施浅析

本文列举了钻探过程中钻杆失效的几种形式——杆体折断、漏水和螺纹处失效,并从材质、机加工、地层、钻孔结构及钻具级配、丝扣油、钻井液的使用等方面分析了失效原因,提出了防范措施,最后提出了就加工和使用方面加强螺纹强度的几点建议。     

基于ANSYS的钻杆螺纹结构形式分析

钻杆失效的主要部位在钻杆接头,而接头的关键为接头螺纹。利用通用有限元软件对螺纹的台肩、锥度以及牙型3种主要形式作了分析比较,为千米定向钻机钻杆的设计提供了重要的参考依据。     

煤矿钻探用钻杆疲劳寿命预测研究

目前矿用钻杆在煤矿井下施工疲劳寿命预测困难,无报废标准和报废依据,导致煤矿井下钻杆断裂事故频发,严重影响煤矿井下勘探钻孔、瓦斯抽采钻孔、探放水钻孔的施工安全和施工进度。矿用钻杆的工况条件复杂,基于弹塑性力学无法对钻杆疲劳寿命、断裂失效原因、结构工艺的优化提高进行可靠研究;通过综合钻杆所受到转矩、弯矩、轴向力以及井壁的约束作用力等复合载荷条件建立钻杆约束模型,提出基于断裂力学和损伤力学、运用解析法和有限元分析方法对钻杆的疲劳寿命进行研究,并基于研发的钻杆动态性能试验系统对钻杆的疲劳寿命进行试验,提出矿用钻杆疲劳寿命预测研究方法,为钻探施工和钻杆的设计提供依据。结果表明:按照现有钻杆杆体、螺纹的加工工艺,73型钻杆在转矩4 000 N·m,施工钻孔终孔直径为96 mm时,通过钻杆动态性能试验系统对钻杆的疲劳寿命进行试验,钻杆的疲劳寿命为5.32×10~5～4.78×10~5转,疲劳寿命与所建立的钻杆疲劳寿命预测模型一致,钻杆疲劳寿命最小位置在公螺纹处,杆体在受到1 mm以下划痕对钻杆整体疲劳寿命无影响。     

深部科学钻探钻杆接头优化措施

地球深部探测对提高我国勘探开发深部资源能力和深部地质研究水平及地位是不可或缺的,深部科学钻探是唯一准确地获取深地实物资料的工程方法。钻杆柱作为深部科学钻探技术的核心与关键,其管柱规格组合与钻杆接头选配决定着钻杆在平衡其自重后的剩余强度和应付孔内复杂情况的能力,尤其是作为连接各钻杆柱短节的钻杆接头的性能直接决定着钻杆柱的使用极限深度。本文从产品类型、结构特点等方面对国内外高性能石油钻杆接头进行了梳理,分析了现有钻杆接头存在的不足与失效的原因,提出了钻杆接头结构改进方案,对提高钻杆柱的可靠性与安全性,延长钻杆使用寿命,使其更好地应用于深部科学钻探,具有一定的科学意义与工程价值。     

钻铤螺纹加工工艺的研究

针对钻铤接头螺纹的抗粘扣性和预防螺纹粘扣问题,展开对钻铤材料的硬度和钻铤锥螺纹加工工艺的研究。首先,为保证钻杆接头强度与硬度的对应性,确定钻杆接头的最低检验硬度为HB295,然后制定标准锥螺纹加工尺寸图纸,最后从工件的装夹、螺纹刀杆的校正、加工工艺的重新制定进行了研究。通过对井场试验结果及使用情况分析,所有的新加工钻铤没有发生过粘扣现象。实践表明,重新制定的加工工艺有效避免了粘扣现象的发生。该研究具有一定的工程实际应用价值。     

钻杆智能化自动对接装置与系统

针对目前车载钻机接单根钻杆用时长、需大量人力、安全系数低的问题,提出了一种钻杆智能化自动对接装置与系统,在钻机动力头上方布置感知传感器,通过控制器实现动力头不同位置、方位的运转。钻杆的支撑架采用智能化多功能架体,动力头与钻杆支撑架在对接过程中采用深度学习改进Lenet-5算法实现快速对接。经过现场试验验证,该钻杆智能化装置与系统自动化程度高,能有效地提高对接的准确性与实时性,满足智能化设备生产要求。     

国产绳索取心钻杆设计与制造技术的分析

介绍了国内外绳索取心钻杆的生产现状,论述了绳索取心钻杆的结构、各种管材的性能、钻杆和接头的选材、螺纹的优化设计和一些特殊工序,最后以φ89 mm绳索取心钻杆为例,根据不同的设计方案,列出了相应的技术参数供大家参考。     

基于ANSYS工艺参数对钻杆端部成形性能影响的仿真分析

钻杆的底端联接有钻头,钻头工作过程中,载荷会通过钻杆与钻头的联接部位传递到钻杆,这就要求钻杆与钻头的联接部位具有较高的强度,因而,钻杆生产过程中通常会将钻杆与钻头的联接部位即钻杆的底端部进行增粗处理,以提高其强度。钻杆端部增粗过程中的加热温度、挤压速度等参数是影响其成形质量的关键因素。采用ANSYS软件模拟分析不同工艺参数下的钻杆增粗过程中的变形规律,以此为工艺参数的优化提供依据。     

一种大直径反井钻杆接头螺纹参数的优化研究

采用有限元分析和正交试验相结合的方法对反井钻井用大直径钻杆的接头螺纹参数进行了优化研究。研究结果表明,外螺纹小端大径、锥度、牙侧角和锥部长度等参数对接头螺纹强度有显著影响,得到了各参数作用的主次顺序和不考虑交互作用条件下各参数的最优值。     

煤矿井下瓦斯抽采钻孔机器人钻臂运动学研究

通过分析煤矿井下瓦斯抽采钻孔机器人钻臂机构动作过程和结构原理,建立了钻臂关节坐标系,得到了连杆D-H参数,根据建立的钻孔机器人钻臂正向运动学模型,求得钻孔机器人钻臂基坐标系与钻杆末端坐标之间位姿变换矩阵、钻臂关节变量与末端位姿关系式;运用非线性映射能力强的RBF神经网络算法,实现了钻臂运动学逆解的快速和高精度求解。采用蒙特卡洛法对钻臂工作空间求解,得到了末端集合点在钻臂工作空间的散点图,验证钻臂设计工作空间可行性。该研究可为钻孔机器人钻臂的精确定位、运动学分析、轨迹规划奠定基础。     

绳索取心钻杆负角度螺纹扭矩计算分析和测试研究

分析了绳索取心钻杆负角度螺纹受力状态,以静力学和材料力学为基础计算了用于深孔绳索取心钻探的CNHT绳索取心钻杆螺纹应力情况和抗扭能力。同时,针对不同锥度和牙高的负角度螺纹进行了理论计算和静扭测试比对,理论计算结果与测试结果非常接近,确定了该计算方法的准确性,优化总结出抗扭能力较强的负角度螺纹参数。     

提高钻杆接头螺纹强度的有效方法研究

以接触非线性有限元理论为基础，建立了钻杆接头螺纹非线性有限元分析模型。运用大型通用有限元分析软件研究了钻杆接头螺纹外径对其强度的影响规律。研究结果表明，适当增大螺纹外径，可以有效改善接头螺纹内部的应力分布状态，接头螺纹整体强度提高约32％。