带可调弯壳体和可换稳定器的导向螺杆钻具

带可调弯壳体和可换稳定器的导向螺杆钻具与常规导向螺杆钻具一样都是用于定向井、水平井、分支井等的钻井作业,与常规导向钻具不同的是万向轴弯壳体的弯角度可在无需拆开钻具的情况下任意调节,弯角度调节范围一般为0～3°,近钻头稳定器可在无需拆开钻具的情况下任意更换,稳定器尺寸一般可比井眼尺寸小3.175～12.7mm。钻井施工现场可根据具体工况需要实时调整导向螺杆钻具的结构及工程参数,从而提高了作业工具的灵活性和施工过程的可控性,有利于提高钻井工程质量,降低综合钻井成本。并对现有可调弯壳体螺纹易松脱、过大尺寸螺纹式可换稳定器现场更换不便的问题,提出继续优化设计的建议。     

一种近钻头地质导向仪器耐磨弯壳体研制

实现近钻头地质导向仪器导向功能的主要零件是弯壳体。由于弯壳体的特征,导致弯壳体在井下磨损异常严重。提高弯壳体寿命的措施之一是在弯壳体上激光熔覆耐磨层,成本很高,没有从根本上解决问题。研制一种新型耐磨弯壳体,其特点为弯点以下外径增大,一直扩大到弯壳体的下端; 在弯点处增加耐磨处理; 弯壳体最下端以弯点中心线为轴,作为弯壳体外径基准。新型耐磨弯壳体的造斜率提高了3%,提高了耐磨性,弯点下移提高了钻头造斜力。经现场使用,弯壳体寿命由原来的100 h提高到600 h,且能继续使用,从根本上解决了弯壳体的磨损问题。     

弯壳体螺杆钻具

介绍了用于水平井作业的弯壳体螺杆钻具的结构原理及性能参数，并依据３点几何法对钻具的理论造斜率进行了计算。最后介绍了钻具的特点及使用效果。     

C5LZ172×7.0型螺杆钻具壳体螺纹副强度分析

螺杆钻具在使用过程中经常发生壳体断裂失效,导致落井事故,给钻井作业造成重大损失。螺纹副是壳体的薄弱环节。为了分析壳体的强度,以C5LZ172×7.0型螺杆钻具为例,计算了螺纹副的抗弯强度比,壳体的屈服扭矩,旋转式台肩螺纹拉扭复合强度。利用有限元软件分析了半圆键槽结构下的螺纹副应力分布。为了降低壳体断裂风险,应减少发生在壳体螺纹副处的偏磨、避免上径向轴承动圈和静圈卡死等现象。     

螺杆钻具壳体断裂分析

简述了螺杆钻具在钻井施工中的失效现象,介绍了影响钻具可靠性的几个因素,分析了钻具壳体连接螺纹处的弯曲强度比在壳体断裂分析中所起的作用,并对壳体断裂问题提出了整改措施。     

异向双弯钻具组合设计与防斜应用

井斜一直是常规钻井中的一大难题，之前以钻柱静力学分析为基础提出的防斜钻具组合虽取得了“防斜钻直”的效果，但需要降低钻压来保证防斜效果。为此，通过对异向双弯钻具防斜机理和侧向力模拟分析，评价了其防斜打快性能：随着弯接头偏心角、钻压和扶正器的高度的增大，防斜效果越明显；随着端部和中部直壳体的长度增加，造斜率有所下降，且稳定性会更好。进而提出并设计了新型异向双弯防斜钻具组合，优化改进了异向双弯钻具的弯接头、短节和单边扶正器等关键部件的技术参数，从而保证了该钻具组合具有较好的防斜效果并能够施加足够的钻压来提高机械钻速。经过2口井的现场试验证明，平均钻速提高了73.93%，井斜角控制在10°以内，实现了复杂井段的防斜打快，取得了良好的经济效益。     

复杂工况下41/2REG涡轮轴连接螺纹断裂分析

为预防和减少涡轮钻具的涡轮轴在解卡过程中连接螺纹发生断裂,需对其断裂原因进行分析。根据长庆油田A井所用涡轮钻具轴连接螺纹的结构,建立了带螺旋升角41/2REG锥形螺纹的三维力学模型,基于连接螺纹弹塑性本构关系和有限元控制方程,分析了涡轮轴连接螺纹在压扭、拉扭、弯扭复合载荷工况下的应力分布。研究发现:涡轮轴连接螺纹部位在扭矩一定的情况下,随着钻压增大,涡轮轴外螺纹所受应力呈增大的趋势,且螺纹牙的应力分布不均匀,整圈螺纹牙上的应力波动较大;当涡轮轴受到的拉力一定,随扭矩增大,外螺纹台肩部位第一牙处应力增幅较大,存在疲劳失效的风险;在扭矩为25kN·m条件下,当井眼曲率为10和20(°)/100m时,外螺纹的最大应力为700.0 MPa,涡轮轴螺纹连接部位比较安全,但当井眼曲率为30°/100m时,螺纹台肩内外螺纹牙最大应力为903.6 MPa,接近材料的屈服极限。研究结果表明,涡轮轴连接螺纹在弯扭载荷作用下易在外螺纹第一牙处出现应力集中现象,导致其失效,因此应避免在井眼曲率较大井段使用涡轮钻具。     

复杂工况下4(2)/1 REG涡轮轴连接螺纹断裂分析

为预防和减少涡轮钻具的涡轮轴在解卡过程中连接螺纹发生断裂,需对其断裂原因进行分析。根据长庆油田A井所用涡轮钻具轴连接螺纹的结构,建立了带螺旋升角4 1/2 REG锥形螺纹的三维力学模型,基于连接螺纹弹塑性本构关系和有限元控制方程,分析了涡轮轴连接螺纹在压扭、拉扭、弯扭复合载荷工况下的应力分布。研究发现:涡轮轴连接螺纹部位在扭矩一定的情况下,随着钻压增大,涡轮轴外螺纹所受应力呈增大的趋势,且螺纹牙的应力分布不均匀,整圈螺纹牙上的应力波动较大;当涡轮轴受到的拉力一定,随扭矩增大,外螺纹台肩部位第一牙处应力增幅较大,存在疲劳失效的风险;在扭矩为25 kN·m条件下,当井眼曲率为10和20（°）/100m时,外螺纹的最大应力为700.0 MPa,涡轮轴螺纹连接部位比较安全,但当井眼曲率为30°/100m时,螺纹台肩内外螺纹牙最大应力为903.6 MPa,接近材料的屈服极限。研究结果表明,涡轮轴连接螺纹在弯扭载荷作用下易在外螺纹第一牙处出现应力集中现象,导致其失效,因此应避免在井眼曲率较大井段使用涡轮钻具。      

螺杆钻具壳体力学特性评价

螺杆钻具外壳体是螺杆钻具的关键零部件,也是易失效件之一。针对传动轴外壳体、万向轴弯壳体、定子外壳体,建立了力学分析模型和有限元计算模型,通过大量的数值计算,定量研究了不同工作载荷情况下外壳体的力学特性,获得的结论可以作为外壳体结构设计和使用的参考准则。     

圆筒壳体上半管加热管的设计

首先给出了半管加热管及壳体的弯距、剪力及最大应力计算公式。以此为基础,编制出了BASIC计算程序。利用该程序能够快速准确地完成这类问题的计算,且无须进行手工试算。     

特殊螺纹油管与套管的上扣扭矩构成与密封性能研究

通过大量上卸扣试验与气密封试验,研究了影响特殊螺纹上扣扭矩构成及其各部分比例与总上扣扭矩比值的因素;研究了上扣扭矩构成对特殊螺纹密封完整性及结构完整性的影响。结果表明:螺纹螺距、锥度、中径、紧密距偏差以及螺纹粘着磨损等因素明显影响上扣扭矩构成及其各部分比例,而较低的台肩扭矩与总上扣扭矩比值将明显降低拉伸载荷下的螺纹密封完整性,以及腐蚀介质存在时的螺纹结构完整性。提出了上扣扭矩构成及其各部分比例与特殊螺纹油套管的制造质量及螺纹连接质量的相关性,提出用上扣扭矩构成及其各部分比例作为评判特殊螺纹完整性的快速有效方法,用上卸扣试验及复合载荷密封性试验的方法确定特殊螺纹的最佳上扣扭矩及其各部分的构成比例。     

特殊螺纹接头扭矩的分析

简要介绍了特殊螺纹接头的基本结构和特殊螺纹接头扭矩计算的重要意义。在试验与有限元分析的基础上,建立了特殊螺纹接头的扭矩计算方法。该方法是将特殊螺纹接头扭矩分成螺纹与台肩两部分,采用不同的摩擦系数对有限元模型计算上扣后对应的螺纹与台肩扭矩。最后验证了该计算方法的可靠性,结果表明,该方法的计算结果与试验结果相吻合,可以用于特殊螺纹接头扭矩的计算与预测。     

抽油泵螺纹旋紧扭矩测控系统研究

针对抽油泵螺纹旋紧扭矩由人工给出的不科学性,研制了抽油泵螺纹旋紧扭矩测控系统。文中给出了该系统原理框图和工作流程。对于旋螺纹扭矩的测量,作者根据力矩平衡原理,提出了测量旋螺纹电机相电流和转速的新方法测量扭矩。同时给出了用C Builder程序设计的人机界面和部分程序。该系统目前运行正常,各项技术数据满足设计要求。     

先导式液压油管钳扭矩控制阀的研制与应用

液压油管钳扭矩控制阀用于油管和抽油杆上螺纹时控制其扭矩值,以免扭矩过大而损坏螺纹或造成本体变形.介绍了该阀的结构、工作原理和技术参数.现场使用表明,该阀可限制油管、抽油杆上螺纹时的最大扭矩值,使油管和抽油杆免遭损坏,并可保证作业质量,减少材料和人工费用.卸螺纹时则可充分利用液压源的压力,使油管钳输出最大扭矩.     

特殊螺纹接头上扣螺纹过盈量设计

针对特定工况要求设计的低钢级、薄壁油管特殊螺纹上扣扭矩较低问题,首先采用蒙特卡洛方法对不同加工偏差组合的接头进行有限元模拟分析,得到上扣螺纹过盈量与台肩扭矩的线性关系,由此初步确定满足工况要求的上扣螺纹过盈量设计值。然后利用实物上卸扣方法进行了试验验证。结果表明,利用有限元方法可快速分析实际特殊螺纹接头在不同上扣螺纹过盈量下的台肩扭矩分布,最大台肩扭矩与实物上卸扣试验结果基本一致。     

特殊螺纹油管接头上扣性能三维有限元分析

特殊螺纹油管接头有限元分析多采用二维轴对称模型,不考虑螺纹升角,以主密封面与台肩处的渗透量模拟上扣时金属-金属间的过盈配合。该方法不能准确反映上扣时过盈量与扭矩的对应关系。鉴于此,考虑螺纹升角的影响,利用Abaqus软件建立了某特殊螺纹油管接头三维有限元模型,模拟分析了接头在最佳、最小、最大上扣扭矩下的上扣过程。分析结果表明,所建特殊螺纹接头模型加载扭矩曲线与标准上扣扭矩曲线基本相符;3种扭矩作用下,密封面与台肩环向路径上接触应力较大且分布较为均匀,螺纹啮合处虽有应力集中,但3种状态下最大等效应力远小于材料屈服强度且大小几乎相等;最佳扭矩拧紧状态下该型特殊螺纹油管接头具有最好的密封性能与足够大的连接强度。研究结果有助于深入了解上扣扭矩与密封性能和连接强度的关系。     

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。     

API圆螺纹接头连接强度的影响因素研究

API圆螺纹接头经常发生滑脱失效事故,严重影响了这种接头油套管的应用。为此,利用有限元法研究了API圆螺纹接头发生滑脱失效的过程与机理,同时分析了螺纹参数和上扣扭矩对接头连接强度的影响。通过对17个圆螺纹套管接头试样进行全尺寸试验,对有限元模拟结果进行了验证。试验和计算结果表明,圆螺纹油套管滑脱失效最先发生在啮合大端的第1、第2牙螺纹上,螺纹参数尤其是不匹配的锥度对接头滑脱失效影响很大,同时上扣扭矩也有显著影响。建议将上扣扭矩在API扭矩的基础上再提高(15~20)%,这样有利于接头连接强度的提高。     

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文章针对目前普遍存在的API圆螺纹套管易于发生滑脱失效的现象，分析了这种套管在拉伸载荷作用下滑脱失效的特点，并通过弹塑性有限元方法研究了各牙螺纹的受力。在此基础上，系统地研究了上扣扭矩对这种套管连接强度的影响，并利用全尺寸试验验证了有限元计算结果的可靠性。研究结果表明，上扣扭矩对圆螺纹套管的连接强度有较大影响，在API推荐扭矩的基础上，适当增大上扣扭矩，将上扣扭矩从API最佳值提高到最佳值的1.5倍，可明显提高圆螺纹套管的连接强度。     

J值在API圆螺纹连接中含义初探

通过对API73.0×5.51mmEUN80圆螺纹油管接头螺纹参数进行检测,分析了API螺纹中J值与螺纹各项参数及上扣扭矩的关系。认为在最佳上扣扭矩条件下,J值大小随螺纹参数变化而改变,用控制J值来控制螺纹的上紧程度是不能保证螺纹连接处于最佳状态的。用户以J值判定油、套管螺纹连接松紧程度是否合格是不科学的。