可防濺鉆井液的螺旋式雙作用方鉆桿接頭

偏心鉆桿接頭的設(shè)計

隨著鉆井技術(shù)的進(jìn)步,要求鉆桿接頭可傳遞更大的扭矩以適應(yīng)各種復(fù)雜的工作環(huán)境,因此對其抗扭性能研究變得尤為重要。為此,設(shè)計了一種新型雙臺肩鉆桿接頭。與一般的雙臺肩鉆桿接頭相比,新型鉆桿接頭增加了外螺紋接頭和內(nèi)螺紋接頭圓柱孔部分的長度,使得鉆桿接頭可以保證鉆桿在井下傳遞更大的扭矩而不發(fā)生失效。利用有限元軟件建立了api標(biāo)準(zhǔn)接頭和新型雙臺肩鉆桿接頭的有限元分析模型。由有限元計算結(jié)果可知,新型雙臺肩鉆桿接頭的抗扭能力明顯高于api標(biāo)準(zhǔn)接頭,可傳遞更大的扭矩。油田中應(yīng)用也表明新型雙臺肩鉆桿接頭的性能優(yōu)于api標(biāo)準(zhǔn)接頭。

分析了某井一批雙臺肩鉆桿接頭開裂失效事故。試驗分析表明,裂紋主要位于外螺紋臺肩面附近的頸部和第1~3牙螺紋根部,具有沿晶、分枝擴展特征。掃描電鏡斷口形貌和能譜分析結(jié)果證實該批鉆桿接頭屬于h2s應(yīng)力腐蝕開裂,導(dǎo)致接頭開裂的主要原因是鉆桿接頭材料強度和硬度偏高,鉆桿接頭內(nèi)徑偏大,使失效部位的應(yīng)力水平增大,且鉆桿接頭本身承受扭矩過大。分析結(jié)果對雙臺肩接頭的研究開發(fā)和使用具有很好的參考價值。

鉆桿工具接頭的抗扭強度普遍低于管體,為滿足使用需要,考慮選擇非api雙臺肩高抗扭矩接頭。為此,使用i-deas和marc兩個大型有限元分析軟件,在sgiindig02impactr10000型工作站進(jìn)行計算機仿真,對s-135鉆桿接頭雙臺肩齒面與臺肩部位應(yīng)力分布進(jìn)行分析,并將計算結(jié)果與api標(biāo)準(zhǔn)接頭進(jìn)行對此。結(jié)果表明,雙臺肩工具接頭的抗扭能力是api標(biāo)準(zhǔn)接頭的1.5倍。

針對石油鉆井關(guān)鍵產(chǎn)品高強度鉆桿接頭的使用要求,在保證強度指標(biāo)要求非常高的前提下,研究摸索增加高溫正火后再調(diào)質(zhì)的工藝方法,以改善接頭材料原始微觀帶狀組織和纖維結(jié)構(gòu),細(xì)化晶粒,提高鉆桿接頭的沖擊功,使該產(chǎn)品力學(xué)性能達(dá)到api標(biāo)準(zhǔn)的要求。

空氣鉆井因效率高、鉆速快而被廣泛應(yīng)用于油氣田開采,但高速氣流在鉆桿內(nèi)的顫振及漩渦沖蝕易導(dǎo)致鉆桿的失效與斷裂,尤其是鉆桿公母接頭內(nèi)不連續(xù)處。國內(nèi)外學(xué)者大都從有限元角度研究鉆桿自身的應(yīng)力分布,而對桿內(nèi)流體流動對鉆桿接頭應(yīng)力荷載方面的研究甚少。筆者基于計算流體動力學(xué)方法,建立了空氣鉆井鉆桿接頭處流場的數(shù)學(xué)模型,通過數(shù)值模擬研究,得出了不同深度鉆桿接頭處的壓強、流速及剪切應(yīng)力分布。

api鉆桿接頭螺紋檢驗 1、總則 本文適用于apisspec7-2、apispec5dp標(biāo)準(zhǔn)，并依據(jù)本廠制 定的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，或以訂貨合同規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)條件協(xié)議作為生產(chǎn)的 鉆桿接頭螺紋的檢驗，包括螺紋尺寸要求及質(zhì)量要求。 2、工作程序 檢驗人員應(yīng)嚴(yán)格按照圖紙規(guī)定檢驗產(chǎn)品。 3、檢驗項目 外觀檢查、錐度、螺距、齒高、緊密距、內(nèi)外螺紋長度、臺肩面 倒角直徑、螺紋軸線與臺肩面垂直度、臺肩面平整度、內(nèi)螺紋鏜孔直 徑、大鉗吊卡長度、外徑、內(nèi)徑。 4、檢驗前的準(zhǔn)備 量具準(zhǔn)備 檢驗前根據(jù)所檢產(chǎn)品規(guī)格，準(zhǔn)備相應(yīng)的量具、量規(guī)和單向儀，并 對量具和單向儀進(jìn)行有效性的檢查及校對。 待檢產(chǎn)品準(zhǔn)備 檢查前螺紋表面的乳液、鐵屑等異物用壓縮空氣吹干凈，螺紋起始 端的翻邊必須去除。 5、檢驗頻度與質(zhì)量要求 外觀檢驗 5.1.1采用視覺、手感等方法進(jìn)行檢驗 5.1.2檢驗頻度：每件 5.1.3質(zhì)量要求 從

某公司生產(chǎn)的鉆桿接頭外螺紋在加工時出現(xiàn)裂紋,采用顯微組織觀察對開裂原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:該接頭外螺紋開裂的主要原因是碳化物的聚集偏析造成鍛造過程中偏析區(qū)產(chǎn)生組織過熱現(xiàn)象,碳化物尖端和基體的結(jié)合部位由于熱應(yīng)力和機械應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)力集中而萌生裂紋源,并在隨后的變形過程中形成裂紋導(dǎo)致開裂。

常用鉆頭、鉆桿接頭、鉆鋌螺紋尺寸表 序 號 鉆頭、鉆桿、 鉆鋌規(guī)格 螺紋 代號 螺紋 牙型 螺 距 (mm) 錐 度 傾 斜 角 外螺紋 錐體大 端大徑 (mm) 外螺紋 錐體 長度 (mm) 內(nèi)螺紋有 效螺紋最 小長度 （mm） 內(nèi)螺紋 錐體 長度 (mm) 內(nèi)螺紋 鏜孔大 端直徑 (mm) 內(nèi)螺紋錐 體在端面 小徑 (mm) 1φ89鉆鋌23/8if/nc26 v0.065 6.351:64°45′48″73.05076.279.492.174.667.78 2φ73鉆桿/ φ105鉆鋌 27/8if-nc31 -211/2106.351:64°45′48″86.13188.992.1104.887.780.86 3φ89鉆桿/ φ121鉆鋌/ φ127鉆鋌 31/2if-nc38 -

通過化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測試、組織結(jié)構(gòu)分析和高溫高壓模擬試驗,對127mm(5″)s135鉆桿接頭內(nèi)壁出現(xiàn)劃痕、凹槽和腐蝕三種失效形式,鉆桿的腐蝕速率和腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明:該鉆桿接頭的材料性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,鉆桿接頭腐蝕機理是氧腐蝕,腐蝕產(chǎn)物主要是fe3o4和feooh,劃痕和凹槽是由于使用不當(dāng)和卡槽所致。

文章介紹了等離子弧焊的原理、設(shè)備及關(guān)鍵技術(shù);總結(jié)了等離子弧焊的主要特點;提出增加送絲機,組成既可送粉焊接又可送絲焊接的兩用設(shè)備。

在每年發(fā)生的鉆桿失效事故中約40%是其內(nèi)螺紋接頭直角臺肩根部的疲勞開裂。對鉆桿接頭水眼結(jié)構(gòu)及其疲勞強度的研究發(fā)現(xiàn),內(nèi)螺紋接頭水眼結(jié)構(gòu)尺寸明顯影響直角臺肩根部的應(yīng)力水平,直角臺肩根部的壁厚是影響該部位疲勞強度的主要因素。鑒于api標(biāo)準(zhǔn)和我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均沒有規(guī)定內(nèi)螺紋接頭的內(nèi)徑尺寸這一狀況,應(yīng)用力學(xué)計算、有限元分析及全尺寸疲勞試驗方法優(yōu)化設(shè)計了鉆桿內(nèi)螺紋接頭合理的水眼結(jié)構(gòu)尺寸,現(xiàn)場試驗和現(xiàn)場調(diào)查均表明這種合理結(jié)構(gòu)接頭的直角臺肩根部不再發(fā)生疲勞刺漏,其疲勞強度大于鉆桿管體。

為了解決現(xiàn)有動力卡瓦牙板的齒尖會對鉆桿造成傷害和動力卡瓦對鉆桿的施力處會留下齒痕,一旦井內(nèi)出現(xiàn)較高濃度的硫化氫就會造成鉆桿氫脆斷裂等問題,研究了復(fù)合接頭鉆桿鉆井新技術(shù)及鉆桿懸掛裝置。該裝置主要由復(fù)合接頭鉆桿、方瓦座、承載滑塊、氣缸、支承軸和螺釘?shù)冉M成,可在井口對鉆柱進(jìn)行軸向承載,取代依靠卡瓦牙板與鉆桿徑向楔緊來承載鉆柱重力的動力卡瓦?，F(xiàn)場應(yīng)用表明,該技術(shù)設(shè)計先進(jìn)、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠,并且可減輕工人的勞動強度。

鉆桿接頭是石油鉆柱的重要組成部分,而耐蝕性是鉆桿接頭性能的重要指標(biāo)。通過硫酸銅點滴試驗,研究了磷化液的游離酸度、總酸度、酸比、磷化時間和溫度對鉆桿接頭磷化膜耐蝕性的影響,得出各參數(shù)的最佳范圍。結(jié)果表明:控制磷化液的游離酸度12～15點,總酸度140～170點,酸比10～11,磷化溫度75℃左右,磷化時間20～25min,所得磷化膜耐腐蝕性能最佳。

某井鉆桿在使用中發(fā)生接頭脹大和脫扣事故。采用化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測定、宏觀和微觀組織檢驗、尺寸測量及鉆桿的力學(xué)分析等方法對其進(jìn)行了分析和討論。結(jié)果表明,鉆桿接頭材質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求,鉆桿接頭在使用過程中脹大失效的原因主要是井下扭矩超過了鉆桿接頭的承載能力所致。

1·問題的提出在地質(zhì)勘探中,鉆機通過鉆桿和各種管接頭將扭矩和軸向壓力傳到鉆頭,從而對巖層不斷地進(jìn)行破碎。因此鉆桿管接頭除了外表面不斷與孔壁巖層發(fā)生摩擦外,還承受巨大的彎曲扭轉(zhuǎn)及沖擊力的作用,而且管接頭的絲扣處還容易產(chǎn)生磨損變形。根據(jù)鉆具的工作條件,要求鉆桿的接頭必須具備強度高、韌性好、表面耐磨性高、抗彎力強。因此鉆桿接頭一般采用合金結(jié)構(gòu)鋼(如

在擰卸鉆桿時為了保護(hù)動力頭鉆桿接頭,防止其磨損,通常的做法是在該接頭處聯(lián)接一個保護(hù)接頭。設(shè)計了一種防松器,在卸扣時防止保護(hù)接頭與動力頭鉆桿接頭脫開。這種防松器結(jié)構(gòu)簡單,使用方法簡便。

現(xiàn)用防濺鉆井液的方鉆桿接頭結(jié)構(gòu)單一，防濺效果差。主要存在兩點不足：①采用直接關(guān)閉方式，夾在閥體與閥座之間的干涉物滯留其中，影響密封效果；②只有1，個彈簧起作用，閥座對閥體的撞擊力大，使用兩三口井后閥體和閥座的耐磨硬鍍層被破壞，喪失密封作用。牡丹江建材石油機械廠趙厚良等于2004年研制出的可防濺鉆井液的螺旋式雙作用方鉆桿接頭經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用表明可大大改善這種狀況。

鉆桿接頭和轉(zhuǎn)換接頭失效的形式主要有過量變形、斷裂和表面損傷三類。其中斷裂失效表現(xiàn)為過載斷裂、低應(yīng)力脆斷、應(yīng)力腐蝕、氫脆斷、疲勞和腐蝕疲勞斷裂。它們產(chǎn)生的原因和破壞發(fā)生的特點都不一。文內(nèi)以5個例證分別進(jìn)行分析,并提出預(yù)防的措施。

運用有限元分析軟件solidworkssimulation,對螺桿樁機鉆桿內(nèi)、外六方接頭建立了有限元模型,在對其進(jìn)行靜力學(xué)分析的基礎(chǔ)上,以兩種接頭的兩種工況為例,進(jìn)行強度和疲勞分析對比,提出了鍛熱淬火代替?zhèn)鹘y(tǒng)調(diào)質(zhì)熱處理的工藝,提高了零件的強度,節(jié)約了材料成本。

鉆桿接頭的優(yōu)化處理需要從很多方面進(jìn)行考慮,這就要求在材料和熱處理方面必須進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)定。這樣才能保證接頭的韌性和強度要求,達(dá)到延長壽命的要求。本文結(jié)合鉆桿接頭的損壞原因作了一些分析,提出了相應(yīng)的處理方法,并對鉆桿接頭進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,來達(dá)到增加鉆桿疲勞壽命的的目的。

疲勞損壞是導(dǎo)致礦用鉆桿接頭失效的主要原因之一。以準(zhǔn)50的六方形鉆桿接頭為研究對象,采用solidworks建立接頭主要零部件的三維模型,導(dǎo)入ansys對其進(jìn)行有限元分析。利用42crmo材料的s-n曲線,得到鉆桿接頭的疲勞壽命、應(yīng)力集中分布情況,為合理地使用礦用鉆桿和進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計、改進(jìn)結(jié)構(gòu)提供了理論依據(jù)。