新型随钻安全接头及其强度分析

在对钻井事故处理不断思考和总结的基础上，根据卡钻特点，研制了一种能很好地处理卡钻事故的新型随钻安全接头；同时对其优越性及其强度进行了分析。考察了非对称和对称结构，分析了对称结构对于承受复杂情况的优越性。现场应用表明，新型随钻安全接头既起到了接头的连接作用，又可在特殊情况下，需要将其倒开时，随时可倒开。并且一次性倒扣成功，安全可靠，不会出现意外退扣使钻具掉落井底。保证了各种技术参数齐全、准确，误差在要求范围之内。     

新型液压滑套式随钻安全接头的研制

海洋深水钻井具有高风险、高投资和高技术的特点,一旦发生井下钻井事故,则损失巨大,如何迅速解除卡钻事故,降低钻井风险和事故损失是当前钻井工作的当务之急。在对钻井事故处理不断探索和总结的基础上,针对现有倒扣式和剪断式安全接头结构上的局限性和缺陷,研制出了一种能很好地处理井下卡钻事故的新型随钻安全接头。其工作原理为：在正常钻井作业中,它连接在钻具易卡部分的上端,当遇卡钻事故时,停钻、停泵,拆下回压凡尔以上工具（钻具内水眼需畅通）向钻具内投入钢球,接上方钻杆,开泵憋压使钢球入座滑套上端;由于泵压的上升,推动中心滑套剪断定压定位螺钉,使中心滑套上月牙键脱离键槽;当泵压下降后停泵,然后正转钻具,使上下反扣接头处分开,提升、取出钻具;然后再进行下一步套铣、打捞工作。对该工具进行了详细的强度分析计算,室内试验和在渤中34-5油田的两口井中使用表明,该安全接头具有安全可靠、操作简单、处理事故快等特点。     

随钻测井仪器舱体的强度校核方法

随钻测井仪器在钻井过程中受到多种交变载荷共同作用,用传统强度校核方法难以计算仪器舱体的强度。以某型随钻测井仪为例,介绍了基于有限元的仪器舱体强度校核方法。该方法通过分析载荷特性和约束情况,利用有限元数值模拟方法建立仪器舱体受力模型,分析应力分布情况。分析结果表明:该仪器舱体最大应力小于材料的屈服强度,满足钻井工况要求,为该仪器舱体的结构设计提供了理论依据。     

新型安全接头的研制与应用

介绍了H型安全接头的结构,性能参数及特点,重点从结构,原理上与AJ型安全接头进行了对比分析,现场应用表明,H型安全接头结构合理,安全可靠,操作方便,应用效果良好。     

HXJ110海洋钻修机井架设计及强度分析

根据海洋采修一体化平台对修井机的技术要求,以及海洋特殊环境状态,设计开发了HXJ110海洋钻修机。利用ANSYS软件对该钻修机井架的作业状态、预期状态、突发状态和安装状态分别进行了有限元分析。分析结果表明,最大应力位于井架背扇底横梁一单元,最大应力值为184.3 MPa,该单元材料为Q345,屈服极限345 MPa,安全系数1.87,大于API标准的安全系数1.86;起升状态时,最大应力发生在井架下体侧斜梁一单元,最大应力值为180.7 MPa,该单元材料为Q345,安全系数1.91,大于API标准的安全系数1.67。该项分析结果可为其他海洋平台钻修机的设计开发提供参考。     

随钻震击器接头断裂分析及改进措施

随钻震击器是一种重要的井下解卡工具,由于其工作环境恶劣、受力状态复杂,震击器接头容易发生断裂。为提高产品质量,延长接头的使用寿命,减少断裂事故的发生,需要对接头断裂原因进行分析并实施相应的改进。针对一起随钻震击器上接头的断裂事故,采用试验与理论相结合的方法进行断裂原因分析。对接头进行了宏观分析、尺寸测量、无损检测、材质理化性能检验（包括化学成分、力学性能和金相组织）。对钻具组合进行了重点分析,并对随钻震击器上接头和转换接头的弯曲强度比进行详细计算。结果表明随钻震击器上接头发生断裂的原因是由于钻具组合不合理以及随钻震击器上接头和转换接头的匹配不当导致的疲劳断裂,材料冲击韧性低进一步缩短了疲劳寿命,最后提出了改进措施并取得了较好的效果。     

钻柱过渡接头是预防键槽卡钻的有效工具

利用钻柱过渡接头预防钻柱键槽卡钻,可保证大斜度井或全角变化率严重超标升的安全钻升。文中分析了钻柱过渡接头的防卡机理、合理运用及优越性,并分析了其它破除键槽防卡法的利弊。     

井眼修整随钻接头的开发与应用

井眼修整随钻接头是针对现场钻井需要,根据原破键接头加以完善改进而成的一种新型工具。把接头接在钻柱上,钻进时钻柱带动它旋转,接头是偏心的,棱厚25mm,其旋转的圆和井径一样,所以棱可以在钻进的同时刮削井壁,从而消除缩径和井壁上的键槽、砂床。现场应用表明:(1)该接头集破键、清砂、扩眼功能于一体,其最大直径比井径小很多,不会增加起下钻难度和使井况复杂;(2)延长短起下钻间隔时间不宜过长,以防止部分新井段或井斜大、全角变化率大的井段长时间得不到修整而使井况复杂;(3)单只接头使用400h内应探伤1次,防止发生钻具事故。(4)接头的安装位置和间距,应根据井眼轨迹和地层情况做具体调整。     

一种新型钻铤接头应力减轻结构的效果分析

石油钻铤失效事故大多发生在外螺纹接头靠近台肩处的最末啮合扣位置,而疲劳断裂与断裂处的应力水平有很大关系,应力水平越高,越容易发生疲劳断裂。因此,如何减小钻铤接头的局部应力集中、改善应力分布,一直是研究的热点问题。在API应力减轻结构的基础上,设计了一种新型应力减轻结构,并进行了实际应用。在考虑摩擦因数的前提下,利用有限元方法,对该新型结构进行了详细分析,对比了API接头、API应力减轻结构和该新型结构的效果,分析了3种结构在台肩面、螺纹牙上的应力分布以及台肩面上的接触力分布。结果表明,该新型结构可以有效地减小钻铤接头局部应力峰值,改善接头的应力分布,从而为改进钻铤接头设计、提高钻铤寿命提供了参考。     

一种新型钻杆螺纹设计及应力分析

针对应力集中导致石油钻杆螺纹产生疲劳裂纹,进而发生断裂失效事故的问题,在API接头的基础上,研究开发了一种新型钻杆螺纹接头。该新型螺纹结构主要改进之处是内螺纹锥度保持1∶6不变,外螺纹锥度变为1∶6.23。有限元分析结果表明,这种螺纹形式显著改善了接头受力情况,使得螺纹应力分布更加均匀,并降低了主台肩过渡圆角处的应力集中。对样品的上扣试验结果表明,采用新型螺纹后,外螺纹接头主台肩底部的过渡圆角处应力集中情况也得到明显改善,接头整体受力分布和不同区域应力差更趋平缓,降低了螺纹前几牙及主台肩过渡圆角处的应力集中情况,可大大延长接头使用寿命。     

丁字形焊接接头疲劳强度的预测

以焊接结构常用的丁字形接头为例，采用有限元数值模拟研究方法，分析了SS400超细晶粒钢焊接接头未焊透对疲劳寿命和疲劳强度的影响。结果表明，未焊透的存在和未焊透尺寸增大，会加速疲劳裂纹的扩展，降低接头的疲劳强度。研究模型可定量预测焊接接头的疲劳级别。     

气体钻井钻铤磨损后的安全性分析

气体钻井中,由于缺少钻井液润滑,钻铤与井壁容易发生剧烈摩擦碰撞,导致钻铤快速磨损,严重时造成钻具失效。首先,分析了钻铤磨损形貌,发现主要有均匀磨损、一侧偏磨和两侧偏磨3种情况。然后,针对气体钻井钻铤磨损较为严重的问题,基于川东北地区LJ-1井NC61-90钻铤磨损失效数据和剩余强度、剩余强度率、强度校核、安全系数方法,建立了磨损后钻铤的有限元模型,对钻铤均匀磨损、一侧偏磨和两侧偏磨后的剩余强度、剩余强度率和安全系数进行了计算分析。结果表明:钻铤磨损后剩余强度降低较快,磨损较严重钻铤的强度和安全系数较低,其原因为磨损钻铤壁厚局部变薄,且在钻井过程中承受非均匀载荷。建议气体钻井采用低转速的空气锤钻井工艺,也可适当使用气体钻井专用稳定器,并加强对磨损钻铤的管理。      

基于ISO 13679热循环试验要求的 套管特殊螺纹强度分析

依照ISO 13679《套管和油管接头试验程序推荐作法》CAL Ⅲ C系热循环试验程序,采用Abaqus有限元分析软件,对JIP ø177.8 mm×10.36 mm规格P110钢级新型套管特殊螺纹的强度进行分析评价。考虑接触问题计算的非线性,建立了套管特殊螺纹热力耦合有限元模型,对接头的C系加载路径进行了简化,计算了接头在10个阶段的应力场与温度场耦合作用下的热应力。结果显示:随着温度由低温到高温的变化,特殊螺纹部分螺牙、接箍中面等塑性变形加大; 而局部由于高、低温反复作用可能会产生组织的变化,使先前本应屈服的区域强度反而提高,但特殊螺纹整体上在C系加载完成后仍能保持结构完整; 高温状态,材料的屈服强度降低,其变形更多的处于弹性变形阶段,室温状态时特殊螺纹的关键部位发生屈服的可能性更大。通过计算机仿真评价方法,按照ISO 13679的试验内容和程序对特殊螺纹进行评价,可以大幅节约时间与经济成本,可在一定程度上代替接头的实物评价。     

自升式钻井平台结构强度分析研究

阐述了自升式钻井平台结构强度的基本理论,提出了结合移动平台结构特点的结构强度分析,并以一桁架桩腿自升式平台为例,通过有限元分析和求解来说明此类移动平台结构强度分析的过程及方法。     

海上移动式钻井平台的强度分析与补强设计

通过对某海上移动式钻井平台进行的有限元法强度分析，找到了平台发生局部损坏的原因，由分析结果发现，在极端工况条件下，对该平台悬臂梁的改造导致弯矩剧增，使局部应力超过许用应力而造成损坏。通过补强设计，可以使其完全满足有关安全作业的要求，实验结果与计算结果吻合良好。     

涡轮钻具用叉口万向节的运动分析与强度研究

文章介绍了一种新型叉口万向节,它既可以传递扭矩又可以承受轴向力,且由于扭矩和轴向力是通过不同部位分开传递的,从而改善了它的受力状况。该万向节具有结构紧凑、可靠性高等特点,适用于受力比较复杂、结构尺寸受到限制和工作角度不大的传动,特别适应于用涡轮钻具打定向井和丛式井的特殊钻井工况。通过理论分析,找出其运动规律为tgφ_1=tgφ_2·cosα,说明该万向节为不等速传动。同时用有限元方法和电测试验获取了多组数据,并回归了一套工程上实用的强度验算公式,可作为该万向节系列设计时强度校核的依据。     

新型钛合金和铝合金钻杆结构安全性分析

为满足特殊工艺井的钻井要求,开发了新型钛合金钻杆和铝合金钻杆。由于钻杆在钻进中易出现断裂和刺穿等失效事故,为确保新型钻杆在钻进过程中的结构安全性,对新型钛合金和铝合金钻杆分别进行了有限元分析。计算分析表明:钛合金钻杆的工作安全性较高,可用于深井、大位移井、水平井、大斜度井钻井施工;铝合金钻杆结构安全性较低,可通过增加壁厚来提高其结构安全性。     

锯齿形螺纹接头油管连接强度影响因素研究

通过有限元方法对锯齿形螺纹接头进行拉伸条件下破坏失效规律研究,同时对螺纹啮合长度和壁厚对连接强度的影响进行了分析,并通过全尺寸试验进行了验证。分析表明:锯齿形螺纹接头断裂强度高于滑脱强度,接头的拉伸失效破坏形式为断裂;螺纹啮合长度对锯齿形螺纹接头连接强度有较大影响;为了保证连接强度,应该上扣到位,保证螺纹啮合长度;管端壁厚和偏心对锯齿形螺纹接头连接强度有显著影响,建议应该控制最小壁厚和偏心度。     

定向井涡轮钻具万向轴下接头强度研究

针对新型定向井涡轮钻具万向轴下接头的结构特点，采用８～２１节点空间曲边实体单元对其进行了有限元分析。按叠加原理，分扭矩作用（边界条件取反对称）和轴力作用（边界条件取对称）两种工况计算。通过多种载荷分布形式的试算，得到了接触面间的载荷分布形式。分析应力计算结果，找出了危险点的位置及应力值。用三维光弹实验证了计算的正确性。图６参４