螺杆钻具瓣形万向轴瓣齿压扭组合强度分析

瓣形万向轴是连接螺杆马达转子和传动轴的中间构件,也是螺杆钻具的易失效件之一.针对瓣形万向轴常见的失效形式,结合实际工况,对瓣形万向轴承受轴向压力和扭转组合栽荷时瓣齿的受力特征进行了分析,讨论了瓣形万向轴的两种主要失效形式,并分析了啮合位置参数对万向轴失效形式的影响.最后应用ANSYS分析软件对瓣形万向轴承受压扭组合栽荷时瓣齿的强度进行了校核,校核结果与理论分析结果基本一致,为今后瓣形万向轴的结构设计和强度校核提供了理论依据.     

螺杆钻具万向轴花瓣运动干涉仿真分析

螺杆钻具万向轴花瓣的失效多数是由于磨损严重导致的。为了研究瓣齿装配间隙对齿面磨损的影响情况,根据花瓣割缝的轨迹建立了完整的三维模型,利用Pro/E中的运动仿真对瓣齿进行转角分析。通过干涉分析得到花瓣运动过程中的偏角数据,并结合万向轴的偏心距和挠心距确定了合理的装配公差。分析结果表明:花瓣装配间隙超出公差范围会使瓣齿在运动中磨损过快,缩短使用寿命;为了防止瓣齿磨损过快,必须合理控制万向轴的装配间隙。     

螺杆钻具瓣形万向轴瓣齿起下钻轴向接触分析

针对螺杆钻具瓣形万向轴起下钻时出现的瓣齿相互滑脱问题,对瓣齿轴向受力特征进行理论分析,讨论了瓣形万向轴的主要失效形式及失效原因。应用ANSYS分析软件,通过设置瓣齿面-面接触对,利用接触分析中的瞬态动力学分析方法模拟瓣齿滑脱情形,得到瓣齿滑脱临界状态变形图和应力等值线云图,应力计算结果与理论分析结果基本一致,瓣齿滑脱临界点的最大轴向拉力与试验数据误差为2.4%。因此,接触分析可作为瓣形万向轴结构设计和强度校核的理论方法。     

地面可调螺杆钻具的研制

在定向井、大斜度井、水平井等特殊工艺井中,为优化井身质量,不同井段的造斜率可能会不同。而常规的弯螺杆钻具的弯角是固定的,为减少弯螺杆钻具的配备数量,设计了一种可分级调整弯度的螺杆钻具。该螺杆钻具的调弯机构由中间接头、调节花键套和弯母扣下壳体组成,可使一根钻具能得到0°-3°内13个不同的弯度。设计了一种适合地面可调螺杆钻具的球型万向轴,该万向轴采用分体式球型万向摆动的万向节和全密封式结构,克服了花瓣式万向轴的缺点,延长了螺杆钻具的使用寿命。     

万向轴的运动和受力分析及弯壳体内孔偏移量计算

万向轴是连接马达转子和传动轴的中间构件。了解和掌握万向轴的运动特性和受力特征,以及弯壳体相对于直壳体产生的偏移量的计算,对正确设计弯壳体导向螺杆钻具是非常必要的。文中阐述了瓣型万向轴的运动与受力特征,对瓣齿进行了强度分析,并给出了单弯壳体与反向双弯壳体不同结构形式下的内孔偏移量计算公式。     

影响螺杆钻具工作寿命的使用因素分析

在定向井、水平井等特殊工艺井施工过程中,螺杆钻具的工作寿命直接影响施工井的生产时效和钻井周期。在螺杆钻具结构设计及生产质量确定的情况下,现场应用技术水平对其使用寿命的影响也非常明显。合理正确地使用螺杆钻具,可充分发挥其潜在工作寿命。文中以两套Ф172进口可调弯角式螺杆钻具在井使用情况为例,分析了影响螺杆钻具工作寿命的现场使用因素,结合目前现场应用条件,提出了针对性的技术措施,对现场合理使用螺杆钻具、提高其工作寿命具有一定的借鉴作用。     

螺杆钻具新型万向轴的结构设计

针对螺杆钻具配用的花瓣式万向轴寿命短及结构和功能上的弊端,研制了螺杆钻具新型万向轴。以5LZ172螺杆钻具为例,对新型万向轴做了强度校核,其最细处的连接轴外径D=54mm,总轴向力F=75kN,承受最大工作扭矩M_n=6845N·m,连接轴的材质为40CrNiMo,许用压应力[σ]=980MPa,许用切应力[τ]=500MPa。用第三强度理论校核连接轴强度,σ_(r3)<[σ]=980MPa,连接轴强度足够。现场试验后检测表明,仅钢球和球窝有轻微磨损。     

钻直井螺杆钻具止推轴承载荷计算

螺杆钻具止推轴承受力计算分两种工况进行，一是钻头离开井底循环钻井液时，轴承受轴向力ＴＬ为转子、万向轴、传动轴和钻头在钻井液中的总重力与传动轴总成受压差力及空转时马达压降产生的轴向水马力之和；二是在加压钻进时，其轴承所受轴向为ＴＺ＝Ｗ＋Ｑ＋Ｆ－Ｂｏ若ＴＺ为正值，轴承受力由上而下；着ＴＺ为负值，轴承受力由下而上；若ＴＺ为零，轴承寿命最高，此时钻压为合理钻压。在实际钻进时，根据地层条件，可得出轴承不受轴向力的合理钻压。     

提高螺杆钻具使用寿命的措施

目前制约螺杆钻具使用寿命最主要的原因是万向轴和传动总成，因这两个机构失效导致提前结束螺杆钻具的整机使用寿命，因此需要对万向轴材质和局部结构以及TC轴承和传动轴进行技术改进。为了避免TC轴承出现硬质合金块脱落，将原来在轴承内镶附硬质合金块改为均匀铺上一层微颗粒硬质合金粉，提高了TC轴承的使用寿命。传动轴也有改进，由原来的80 mm轴改为90 mm轴，加大了轴直径，提高了传动轴抗扭矩强度。要想整体提高螺杆钻具的使用寿命，需要专业设计人员对关键部位重新进行优化设计，生产厂家保证原材料质量和加工精度，现场操作人员和后期维修保养人员重视每一个环节，保证维修质量，这样才能保证螺杆钻具使用寿命得到整体的提高。     

井下动力钻具新型万向轴研制及应用研究

井下动力钻具配合高效 ＰＤＣ钻头的复合钻井技术是目前提高复杂结构井钻井速度和定向的主要手 段,井下动力钻具的易损部件（马达和万向轴）的寿命决定了复合钻井技术钻井效率的高低。笔者在分析了井下动力钻具常规万向轴的优缺点及运动特性的基础上提出新型万向轴的设计原则,继而设计出了新型万向轴结构,并利用有限元对万向轴主要易损部位（万向节）进行了强度分析,新研制的万向轴具有寿命长、承受大扭矩、方向可调性强、自动补偿润滑等特点。配合 １９７ｍｍ高温高压螺杆在塔里木油田超深井钻井中进行了现场应用,使高温高压螺杆寿命提高了 ４０％以上,应用结果表明该万向轴在井下动力钻具中具有广阔的应用前景。     

螺杆钻具万向轴故障树模型及花瓣强度分析

针对螺杆钻具中易发生失效的万向轴部分,应用故障树分析方法对其可靠性进行了研究。建立以万向轴总成失效为顶事件的故障树模型,采用"上行法"定性分析了故障树的14个最小割集。利用有限元法对压扭组合作用下的花瓣式万向轴进行了强度分析,分析结果表明,花瓣的根部和最小截面处为高应力区,最易发生断裂失效。通过与现场失效实例对比,验证了有限元分析方法的正确性。     

瓣形万向轴瓣齿的拉伸强度分析

提出了瓣形万向轴承受拉伸载荷时瓣齿强度的理论分析方法,利用该方法对万向轴的瓣齿进行了应力分析,根据应力分析的结果讨论了瓣形万向轴的2种主要失效形式,并分析了瓣齿的结构参数对万向轴失效形式的影响。应用ANSYS分析软件对瓣形万向轴承受拉伸载荷时瓣齿的强度进行了有限元分析,从计算结果与实验结果的对比可以看出,两者基本上是一致的,说明利用ANSYS处理瓣形万向轴瓣齿的拉伸强度问题是可行的,计算结果可信,因此有限元计算可以作为今后瓣形万向轴结构设计和强度校核的重要参考依据。     

螺杆钻具在侧钻井钻进过程中相关问题的探讨

套管内侧钻是低成本开发剩余油气的有效途径。由于螺杆钻具本身具有良好的动力特性,在套管内侧钻中得到广泛应用。螺杆钻具主轴轴承总成是螺杆钻具的薄弱环节,对整个螺杆钻具的使用寿命起决定性作用。主轴轴承的结构形式又决定了螺杆钻具的使用条件。通过对螺杆钻具主轴轴承的轴向力分析,指出螺杆钻具在套管内侧钻井钻进中应注意的问题。     

基于温差法的齿轮与轴过盈配合分析

基于温差法过盈装配过程,建立了齿轮与轴的过盈装配有限元模型,分析了过盈配合后的等效应力、接触压力、剪切应力和位移量,并讨论了过盈量、摩擦因数和齿轮内孔倒圆角对过盈配合的影响。研究结果表明,齿轮和轴的应力和应变存在边缘奇异性,齿轮的最大等效应力和最大位移发生在距端部约1 mm处,轴的最大剪切应力发生在接触表面内2 mm处;过盈量与组件的应力和应变呈近似线性关系;摩擦因数不影响过盈配合后的应力、应变;当齿轮内孔倒圆角半径为1 mm时,可以明显地改善边缘奇异性。     

一种新型五缸钻井泵的设计

为满足油田特别是海上油田的需要，研制了一种新型往复、容积式、单作用、卧式五缸钻井泵。其动力端壳体采用整体式高强度结构钢焊接结构，曲轴为整体式合金钢锻造并经热处理后加工而成，由六个重型圆柱滚子轴承支承，两圆柱斜齿轮置于曲轴两端，小齿轮与小齿轮轴为分体式．方便加工与组装，十字头与活塞杆采用卡箍连接，缸套采用双金属结构。液力端采用分体式结构，由五个分体泵头体组成，泵阀及其弹簧的技术参数经计算得出，保证其正常开启。应用PROE软件对主要零部件进行了受力分析和强度计算，保证了其使用的可靠性。该五缸钻井泵与同功率三缸钻井泵相比，具有排量大、质量小、体积小和运移方便等特点，而且其排量相对于平均值的变化较三缸钻井泵小，因而减小了泵及管汇的震动，延长了泵的使用寿命。     

LSJC-60DB型电动捞砂绞车

目前使用的电动捞砂绞车大多使用齿式离合器,带式刹车,动力传动复杂,制动费力,安全性、可靠性差。介绍了1种新型电动捞砂绞车,利用变频交流电机驱动,滚筒轴与电机轴在同一直线上,采用气动推盘离合器,液压盘式刹车制动。这种新型电动捞砂绞车动力传递快捷;设备结构紧凑,运输方便;操作更可靠、快速、省力;利于远程控制,使用更安全。该绞车已投入生产应用,取得了非常好的效果。     

ZJ32-SL_I型钻机上台装置

针对在用钻机上台装置移运性差、安装困难和密闭润滑难以保证的问题，设计制造了高钻台、低底座的ＺＪ３２－ＳＬＩ型钻机。这种钻机采用了一种新型上台装置，整体布置有所改变，即取消了正车箱和猫头轴，并采用万向轴加角传动箱的传动驱动转盘，取消了驱动转盘的链条。同时，也改善了移运性能，保证了密闭润滑条件，达到了上台链条和绞车的密闭润滑部位在钻机搬迁时不需拆装的目的。     

ZJ15钻机底座的振动测试分析

对一现役ZJ15钻机底座在两种钻井速度下的振动情况进行了测试和分析。分析结果表明,底座的振动强度与井深、地质条件和钻井液密度有关;弯曲的方钻杆是造成底座水平方向振动的最主要原因;万向轴因与钻台面存在夹角,从而引起底座在三个方向的振动;采用四挡钻进时,万向轴的工频及其倍频接近底座垂直方向的固有频率是引起底座在该方向振动强烈的原因。建议对ZJ15钻机底座万向轴的安装做一些调整。     

钻井泵小齿轮轴的选材与加工

钻井泵小齿轮轴和大齿轮的制造质量,是决定钻井泵使用寿命的关键。选材和加工工艺将对小齿轮轴的质量有明显影响,因此会影响钻井泵将来的使用寿命。依据齿轮传动理论和现场使用、修理经验,从钻井泵失效的现象来进一步分析,认为小齿轮轴材料要选40CrNiMoA,热处理工艺应采用调质处理,使小齿轮的齿面硬度达到315～345HB,大齿轮齿面硬度达270～300HB,两者相差在30～50HB,从而可提高齿轮的传动效率和使用寿命。     

大型挤压机组综合故障的振动测试与诊断

550 kt/a石化聚丙烯装置大型挤压造粒机减速箱在更换输入轴之后,在高速档位运行时,电机振动较大,不能满足生产的工艺需求。为了解决振动大而制定了对挤压机组电机和齿轮箱的振动测试方案,并进行了振动测试,根据测试数据和图谱分析成功诊断出该机组存在齿轮箱不对中、电机同心度偏心、电机动静件摩擦等综合故障,并分析诊断出齿轮箱离合器不对中为故障根源。