螺杆钻具球铰接万向轴失效分析

螺杆钻具的最薄弱部件为万向轴,万向轴结构有花瓣式、球铰接式、挠轴式3种形式。对球铰接万向轴进行受力分析,主要承受轴向力、转矩、交变应力等,容易发生失效。利用现场失效拆解、转矩试验、有限元分析等方法论述了球铰接万向轴的失效形式,其失效形式包括轴断裂、螺纹断裂、密封失效、磨损失效等,并针对不同失效形式提出优化方案。     

螺杆钻具中的齿瓣式万向轴

目前,国内生产使用的万向轴均为化瓣式万向轴,其结构简单、加工速度快,但其寿命极短,成为制约螺杆钻具寿命的关键部位。现文以合理受力为依据,设计了与花瓣式万向轴截然相反的线型,称齿瓣式万向轴,其合理的受力、耐磨性及工艺处理使寿命成倍提高。现场使用表明,齿瓣式万向轴成为螺杆钻具中寿命最长的部件。     

螺杆钻具失效主要原因及改进措施

针对现场常见的螺杆钻具4种井下事故类型,从钻具结构、生产工艺及现场使用3方面分析了事故原因,并通过合理改进螺杆钻具结构设计,充分完善产品制造、修复工艺,从硬件技术和产品质量上来满足复合钻进技术要求,同时加强现场的合理使用,促使螺杆钻具使用的安全性显著提高,井下事故频率大幅度降低,从100套钻具1起事故降至1000套钻具2起事故,有效地满足了现场复合钻进施工要求,减少了事故处理成本。     

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。     

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。     

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。     

螺杆钻具挠性轴断裂失效分析及预防措施

针对螺杆钻具挠性轴早期断裂失效频繁的问题,对典型失效样品进行了失效原因分析。提出了合理设计、制造、装配及使用应采取的预防措施。     

螺杆钻具挠性轴结构改进分析

通过对现有某型号螺杆钻具挠性轴的结构尺寸分析,建立了挠性轴受力分析的有限元模型。有限元分析结果发现:原始挠性轴过渡区结构不合理,在过渡区存在应力集中现象。研究了挠性轴过渡区倒圆半径与应力集中系数的关系,得出了挠性轴上过渡区倒圆半径大于150mm时,可以消除应力集中现象的结论;同时研究了挠性轴直径、长度结构变化与提高挠性轴寿命的关系,提出了螺杆钻具挠性轴结构改进的3种可行方案,这3种方案均可消除挠性轴上的应力集中,为挠性轴寿命的提高提供了理论依据。     

螺杆钻具失效分析及预防措施

螺杆钻具是以钻井液为动力的井下电动机（动力钻具）之一，广泛地应用于各类丛式井、定向井。由于操作者没有完全掌握其结构机理及正确的使用方法，造成螺杆钻具的早期磨损以致报废，增加起下钻次数，影响钻井速度，使钻井综合成本上升。对江汉油田动用的螺杆钻具综合分析，找出其失效原因，介绍正确使用螺杆的方法及注意事项。     

螺杆钻具马达定子失效机理及措施分析

随着钻具应用数量的增多,钻具寿命的稳定性也越来越受到广大钻井工程人员的关注,其重要性直接影响钻井的设计及施工进度。螺杆钻具定子失效类型包括机械失效、疲劳失效、热失效、滞后失效、化学失效。通过分析失效原因,提出延长定子寿命的具体措施:①根据钻井参数确定马达的设计参数;②根据实际井况确定马达配合尺寸;③根据马达的实际状况做到与服务的井况相匹配;④采取措施严格控制马达的现场操作;⑤合理选择马达定子橡胶的材料;⑥加强定子橡胶内衬套检测手段,提高修复定子橡胶的质量;⑦重视钻井液中化合物对定子橡胶的影响;⑧树立延长寿命降低成本,实现生产者与应用者双盈的思想。     

钻具稳定器断裂失效分析及改进措施

针对钻具稳定器使用寿命低、断裂失效频繁的问题,对典型失效样品早期失效原因进行了较为系统的分析研究,根据试验分析结果提出了在选材和热处理、结构设计和制造,以及标准化和质量控制等方面应当采取的改进措施。     

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.     

降低螺杆钻具失效的现场技术措施

随着螺杆钻具的广泛使用,螺杆钻具失效时有发生.通过对近几年华北油田螺杆钻具使用情况的跟踪、对失效情况的统计以及对失效螺杆的解剖分析得出了传动轴折断、旁通阀刺漏、定子脱胶、传动轴卡死、丝扣脱扣等几种常见失效形式,总结出了利用各种钻井参数的变化来判断螺杆在井下的工作状态,通过进一步推广判断和预防措施促进了螺杆钻具的正确使用,减少了螺杆钻具失效的发生,螺杆钻具的使用寿命逐年延长.     

螺杆钻具失效情况统计分析

通过统计长庆石油勘探局钻井二处所属油田硬地层螺杆钻具使用的失效情况，分析引起失效的原因，指出了生产厂家设计计算中宜需改进的地方。     

螺杆钻具失效情况统计分析

对2008年长庆油田姬塬区块螺杆钻具的使用情况进行统计,将该批螺杆钻具的失效情况进行了简单的归类;并分析了该区块所采用的机械钻逮同螺杆钻具使用寿命之间的关系,结果表明机械钻速偏低或者偏高均会降低螺杆钻具的使用时间,宜将机械钻速控制在最佳范围内。     

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。     

直井复合钻螺杆钻具失效分析

直井复合钻防斜快钻技术是一种高效的钻井技术,具有投入成本低、钻井效果好等优点,是近年来机械钻速快速发展的关键技术之一.但是受螺杆钻具发展和施工工艺控制水平的限制,螺杆钻具井下失效事故时有发生,其中传动轴下部断裂是发生几率最低但后果最为严重的一种失效形式.针对一例传动轴下部断裂事故,详细分析了施工参数、井身质量和所用螺杆钻具结构,指出钻压和扭矩大幅波动及侧向交变栽荷是导致螺杆钻具失效的根本原因;提出在恶劣工况下,传动轴壳体带稳定器时传动轴必须配备下防掉装置,同时严格控制作业时间,预防恶性落井事故发生.     

螺杆钻具水帽流体动力学分析及结构改进

采用现代CAE技术进行了螺杆钻具水帽的结构力学和流体动力学分析,通过分析获知:在额定工况下水帽的静安全系数较高,内部流体最大流速主要集中在传动轴顶部螺纹处.结合现场失效情况和理论分析,提出了增大水帽入口流道流入角(<90°)的改进措施,经计算,采用改进后的结构可以较好地缓解水帽腔体、传动轴顶部螺纹、传动轴上部腔体的冲蚀情况,从而提高了螺杆钻具整体的使用寿命.     

螺杆钻具马达定子失效影响因素分析及对策探讨

随着油田开发的不断深入,对钻井工程的进度要求逐渐增大,而钻具是钻井工作中主要设备之一,它的工作效率直接影响到钻井工程的进度和效率。钻井工作中我们常用到钻具螺杆钻具,其中马达定子的失效比较常见,因此,有必要对螺杆钻具马达定子的失效特点和类型进行研究探讨,提出相对应解决对策,延长螺杆钻具的寿命,以期对今后钻井工作有所帮助。     

我国螺杆钻具应用现状及失效特征

根据长庆油田现场螺杆钻具修理情况，对国内主要厂家螺杆钻具的应用现状、失效特征等方面进行了分析。通过分析，建议生产厂家应注意改进结构、完善加工工艺，进一步提高我国螺杆钻具技术水平。同时要求用户合理使用钻具，达到快速的、经济的钻井作业，提高钻具的使用水平。