剪切闸板防喷器剪切钻杆断口凸起高度评估

被剪钻杆断口的变形程度是评价剪切闸板防喷器剪切性能的重要依据之一,直接关系到钻杆的再循环利用和作业效率,而被剪钻杆断口凸起高度又是断口变形程度的重要方面。为了对被剪钻杆断口凸起高度做出合理评估,以钻杆为研究对象,依据运动学基本规律建立剪切闸板的运动方程,综合考虑作业参数,以坐标转换公式的矩阵形式和滑移线理论为基础,分别给出由单剪切点导致被剪钻杆断口在任意时刻及最终凸起高度的理论预测式,继而确定断口凸起位置并建立冲击块导致被剪钻杆断口凸起高度的理论评估模型。用剪切闸板防喷器进行剪切CT90管的剪切试验,获得CT90管的断口数据对评估模型进行验证,结果表明所建立的评估模型与剪切试验获得的断口凸起高度的相对误差在10%以内,具有较高的可靠性和适用性。分析V型角、刃口倒角等剪切闸板冲击块关键结构参数及钻杆结构尺寸对被剪钻杆断口凸起高度的影响规律,研究表明钻杆断口凸起高度随着V型角的增大而增加,随着刃口倒角的增大呈波浪形变动,且波谷逐步增加,刃口倒角在20 °时,钻杆断口凸起高度最小,钻杆断口凸起高度随着剪切点至V型角中心点的长度增加而增加。在满足井控要求的情况下,设计剪切闸板时,冲击块的刃口倒角以20 °为宜,V型角越小越好并尽可能地缩短剪切点至V型角中心点的长度。钻杆断口凸起高度随着钻杆内径及壁厚的增大而增大,在满足钻采的要求下,钻杆宜选用小通径薄壁钻杆。     

连续油管防喷器闸板剪切钻杆过程的力学性能

剪切闸板对确保油气井钻采作业安全具有重要的作用,但对于剪切钻具过程中闸板自身力学性能的研究则鲜见。为此,根据剪切闸板基本运动规律,按照剪切点接触、切入及穿透钻杆3个阶段,综合考虑剪切闸板结构及作业参数,运用楔形体应力理论,建立相应阶段的闸板刃口应力求解模型;基于新型剪切闸板进行剪切CT90管的数值模拟和室内剪切试验,获得剪切过程中闸板应力及剪切点应力变化规律。研究结果表明:①剪切点未接触CT90管时,闸板V形角中心应力最大,剪切点应力值极小;②剪切点接触CT90管时,闸板刃口剪切点附近区域出现应力集中现象;③剪切点切入CT90管时,剪切点及其楔形边两侧应力最大,达到闸板强度极限1 050 MPa;④剪切点穿透CT90管进入环空区时,刃口倒角与垂直面的交界两侧闸板应力最大;⑤试验显示剪断CT90管后,闸板刃口剪切点附近区域出现裂纹损伤。结论认为,该研究成果能较好地反映剪切过程中闸板刃口的应力状态及其与钻杆之间的相互作用,可以为剪切闸板的设计制造与现场正确使用提供参考。