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。     

石油钻杆接头上扣扭矩计算方法研究

合理的上扣扭矩对石油钻杆接头性能的正常发挥至关重要,上扣是一个动态过程,除了要克服摩擦力,还要有一部分扭矩做的功转化为应变能储存起来。文章在弹性力学理论的基础上分析钻杆接头二维轴对称有限元模型,提出了新的上扣扭矩计算方法,该方法同时将摩擦力和应变能考虑在内,并以NC-38为例进行说明。结果表明,在二维轴对称有限元模型下综合考虑摩擦力和应变能的上扣扭矩计算方法更加精确,该计算方法不仅适用于钻杆螺纹,还可以推广应用到其他形式的螺纹,使用范围广,具有很高的应用价值。     

适用于弯曲井段的高效密封钻杆接头研究

API标准钻杆接头的应力极值较大,应力集中现象比较严重,容易发生疲劳失效,为此设计了新型钻杆接头结构。在准确测定摩擦因数的基础上,利用有限元分析软件MSCMarc对2种结构的钻杆接头在受扭矩、扭矩+拉伸载荷及扭矩+压缩载荷作用下产生的不同变化进行了比较分析。结果表明,新型结构在保持与普通API接头具有相当的连接强度时,还显著提高了接头的抗扭性能,而且其密封性能优于API标准接头,不容易发生胀扣和刺漏等失效事故;与API标准钻杆接头相比,新型结构更适用于大扭矩、弯曲载荷的高压及超高压等复杂的油气井中。     

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。     

双台肩钻杆外螺纹接头断裂原因分析

对101.6 mm×9.65 mm S135DSTJ型双台肩钻杆外螺纹接头断裂事故进行了调查研究.对该批用过的钻杆进行了详细的探伤检查,发现许多钻杆外螺纹接头部位存在裂纹.通过对钻杆接头断口和裂纹形貌进行分析,认为钻杆接头为硫化氢应力腐蚀开裂失效.通过对钻杆接头结构尺寸、材料性能和承载能力进行分析计算,认为采用同时增大外螺纹接头内径和材料强度的方法,虽然可以保证接头抗扭强度,减小钻柱水力损失,但却降低了钻杆接头抗应力腐蚀开裂的能力,增大了接头危险截面的应力集中,降低了钻杆外螺纹接头的使用寿命.     

铝合金钻杆接头装配过盈量优选

合理的装配过盈量对于铝合金钻杆接头的正常使用非常重要。以铝合金钻杆接头为研究对象,采用解析法和有限元法对装配扭矩进行计算,并对不同装配过盈量下接头的关键性能指标进行综合分析,对过盈量进行了优选。解析计算时将锥形稳定配合面和锥螺纹接触面分成2部分并采用微元法;利用高级非线性软件Msc.Marc建立了钻杆接头的2D轴对称模型,并采用Newton-Raphs法求解接触非线性问题。分析结果表明,在材料弹性范围内,随着过盈量的增大,装配扭矩基本呈线性增大;过盈量的增大会导致锥形稳定配合面及螺纹面接触力的增大,从而增大螺纹上载荷分布的非均化程度和接头破坏失效的概率。解析法所得的装配扭矩与有限元仿真结果误差较小,与实物试验结果对比效果也较好。     

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。     

气密钻杆接头受力分析与紧扣圈数优选

对于带金属锥面密封结构的双台肩钻杆接头受力分析的报道较少,为此分析了接头在不同紧扣圈数及拉伸载荷作用下的受力情况,同时建立了相应的力学模型,并通过有限元仿真验证了模型的可靠性。计算结果表明,合理的紧扣圈数显著提高了接头的密封性能,能有效降低拉伸载荷作用下螺纹牙轴向载荷增长幅值,延长接头的使用寿命。研究结果可为带金属密封结构的双台肩钻杆接头的受力分析及紧扣圈数的优选提供参考。     

￠88.9 mm×9.35 mm G105钻杆内螺纹接头胀扣失效分析

针对某油田钻井过程中所使用的￠88.9 mm×9.35 mm G105钻杆内螺纹接头胀大现象进行失效分析.结果表明:钻杆接头的各项性能指标均符合标准规定,失效的主要原因是上扣扭矩不足,钻杆接头在井下无节制旋紧,致使钻杆在井下的自上扣扭矩超过了钻杆接头的实际抗扭屈服强度.     

钻杆接头多轴疲劳寿命

在实际钻井过程中,钻杆接头以螺纹连接处的疲劳破坏为主,导致钻井成本显著增加。现有对钻杆接头的研究主要集中于钻杆接头的静力学特性分析,少有涉及钻杆接头的疲劳破坏的研究。基于虚功原理、Von Mises屈服准则及接触非线性理论,考虑螺纹升角的影响,建立了钻杆接头的三维有限元计算模型,分析了钻杆接头的上扣特性及其在复合载荷作用下的力学特性。基于材料S-N曲线,综合考虑尺寸系数、应力集中系数、表面加工系数及表面强化系数的影响,确定了钻杆接头的弯曲疲劳S-N曲线理论模型,通过对比验证建立了满足工程要求的钻杆接头疲劳有限元计算模型。运用多轴疲劳算法,计算了钻杆接头在复合交变载荷下的疲劳寿命,分析了残余应力和表面质量对疲劳寿命的影响。研究结果表明,在上扣扭矩或复合载荷作用下,钻杆接头最大Mises应力均出现在公扣第1有效啮合螺纹牙根处;弯曲井段API钻杆接头的疲劳寿命较小,建议开发适合超深井、水平井、大位移井及大斜度井的专用钻杆接头;残余应力与表面质量对钻杆接头的疲劳寿命影响较大,在钻杆接头螺纹根部引入可控的残余压应力和改善表面质量可以大幅提高其疲劳寿命。     

钻杆接头断裂失效原因分析与预防

钻杆接头断裂形貌、原材料化学成分、金相组织、力学性能和断口处EDS微观能谱分析表明,热处理调质工艺参数不合理使材料组织没有完全转变为回火索氏体组织,导致钻杆接头的强度偏低,在较大的扭矩和钻压下钻杆接头发生塑性断裂。提出了预防钻杆接头断裂的措施。     

钻杆接头过转盘倒划眼装置设计与应用

转盘驱动钻机在钻进的过程中,钻具遇到阻卡正好在转盘面对着钻杆接头情况下,通常使用了卡瓦倒划眼进行解卡作业,其难点在于钻杆接头处的耐磨带和钻杆加厚部分减少了卡瓦与钻杆的接触面积,转盘驱动扭矩通过卡瓦很难传递到钻具,卡瓦倒划眼的安全操作难度极大、卡钻风险极高。为此,针对性地设计出了一种钻杆接头过转盘倒划眼装置,该装置的实质就是当钻杆接头在转盘内时将坐钻杆卡瓦位置上移,避开钻杆接头的耐磨带及加厚部分的位置,使钻杆卡瓦与钻杆本体接触来有效传递转盘扭矩。结合倒划眼作业状况及装置原理,进而形成了使用该装置的钻杆接头过转盘的倒划眼技术。现场应用试验结果表明,该装置能有效地解决倒划眼时钻杆接头及加厚部位过转盘的作业安全问题,降低划眼中的事故复杂。该装置在四川盆地东部地区的XCH6井进行了现场应用试验,能够安全实现倒划眼作业,快速解除井下复杂。     

塔里木探区■127mmS—135钻杆内螺纹接头胀大失效原因及预防

本文对塔里木石油探区发生的■127mmS—135钻杆内螺纹接头胀大损坏事故进行了大量调查研究,并作了详细的失效分析。结果表明,事故原因主要是钻杆接头倒角直径偏小、井下扭矩过大、上扣扭矩不足等所致。根据分析结果.采取了有效的预防措施,基本上解决了钻杆内螺纹接头胀大损坏的问题。     

塔里木探区?127mmS-135钻杆内螺纹接头胀大失效原因及预防

本文对塔里木石油探区发生的?127mmS-135钻杆内螺纹接头胀大损坏事故进行了大量调查研究,并作了详细的失效分析。结果表明,事故原因主要是钻杆接头倒角直径偏小、井下扭矩过大、上扣扭矩不足等所致。根据分析结果.采取了有效的预防措施,基本上解决了钻杆内螺纹接头胀大损坏的问题。     

基于钻杆检测的套管磨损监测技术研究与试验

鉴于目前钻井现场缺乏有效的套管磨损监测技术的现状,建立了利用钻杆接头磨损量、钻柱组合和钻时数据反算套管磨损量的计算模型,编制了相应的计算程序,形成了一套可计算任意井深处套管磨损量的现场监测技术。建模时假设套管与钻杆接头的磨损量与磨损时间成正比,套管磨损量与钻杆接头磨损量成比例。现场试验结果表明,钻杆接头外径检测方法可以计算出各井深处套管磨损的体积,而且监测和计算过程不复杂,操作过程对钻井作业不产生影响,是适合现场操作的套管磨损监测方法。     

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。     

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。     

某G105钻杆接头损坏原因分析

为了找出某油田G105钻杆内、外螺纹接头损伤原因,对现场使用的失效钻杆接头进行了宏观分析、理化性能检验、金相及显微组织分析。结果表明,受损的钻杆内、外螺纹接头的化学成分和力学性能均满足API SPEC 5DP—2009标准要求,钻杆接头主要的失效原因为粘着磨损,是在上扣过程中扭矩过大造成的,同时,螺纹脂涂抹不均匀、钻杆接头镀层质量欠佳也是造成粘着磨损的因素。     

某51/2FH双台肩钻杆内螺纹接头断裂原因分析

对钻杆内螺纹接头断口及其断口附近螺纹根部的小裂纹采用宏观观察、金相检测、SEM形貌观察、EDS能谱等手段进行分析后认为:该钻杆主要是由于上扣扭矩偏小,造成螺纹面挤压,同时承受弯曲时,螺纹根部弯曲应力增大,使钻杆内螺纹接头在螺纹根部萌生疲劳裂纹,导致疲劳失效发生。     

某51/2 FH双台肩钻杆内螺纹接头断裂原因分析

对钻杆内螺纹接头断口及其断口附近螺纹根部的小裂纹采用宏观观察、金相检测、SEM形貌观察、EDS能谱等手段进行分析后认为:该钻杆主要是由于上扣扭矩偏小,造成螺纹面挤压,同时承受弯曲时,螺纹根部弯曲应力增大,使钻杆内螺纹接头在螺纹根部萌生疲劳裂纹,导致疲劳失效发生。