山地丘陵地區(qū)便攜式鉆機(jī)鉆桿接頭防松器設(shè)計(jì)與使用

偏心鉆桿接頭的設(shè)計(jì)

一種防卡型鉆桿接頭

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(duì)其抗扭性能研究變得尤為重要。為此,設(shè)計(jì)了一種新型雙臺(tái)肩鉆桿接頭。與一般的雙臺(tái)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(zhǎng)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(tái)肩鉆桿接頭的有限元分析模型。由有限元計(jì)算結(jié)果可知,新型雙臺(tái)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(tái)肩鉆桿接頭的性能優(yōu)于api標(biāo)準(zhǔn)接頭。

該文對(duì)一種鑿巖機(jī)械的自動(dòng)換桿庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)說(shuō)明,強(qiáng)調(diào)其機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成與換、卸桿動(dòng)作順序,闡述其設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。

鉆桿接頭和轉(zhuǎn)換接頭失效的形式主要有過(guò)量變形、斷裂和表面損傷三類。其中斷裂失效表現(xiàn)為過(guò)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(diǎn)都不一。文內(nèi)以5個(gè)例證分別進(jìn)行分析,并提出預(yù)防的措施。

分析了某井一批雙臺(tái)肩鉆桿接頭開裂失效事故。試驗(yàn)分析表明,裂紋主要位于外螺紋臺(tái)肩面附近的頸部和第1~3牙螺紋根部,具有沿晶、分枝擴(kuò)展特征。掃描電鏡斷口形貌和能譜分析結(jié)果證實(shí)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(qiáng)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(guò)大。分析結(jié)果對(duì)雙臺(tái)肩接頭的研究開發(fā)和使用具有很好的參考價(jià)值。

本文介紹了一種新型的雙臺(tái)肩鉆桿接頭的結(jié)構(gòu)、原理和應(yīng)用情況。并以實(shí)例說(shuō)明了該接頭在提高抗扭強(qiáng)度、降低鉆井時(shí)的水力損失和增加鉆桿靈活性等方面的作用。

本文介紹了一種新型的雙臺(tái)肩鉆桿接頭的結(jié)構(gòu)、原理和應(yīng)用情況，并以實(shí)例說(shuō)明了該接頭在提高抗扭強(qiáng)度，降低鉆井時(shí)的水力損力和增加鉆桿靈活性等方面的作用。

隨著陸地鉆機(jī)在石油開采等行業(yè)中的普遍應(yīng)用,讓企業(yè)工作效率得到了很大的提高。不過(guò)隨著鉆孔深度的增加,鉆機(jī)鉆桿起升成為了一個(gè)技術(shù)性較強(qiáng)的工作環(huán)節(jié),從目前來(lái)看,我國(guó)部分企業(yè)仍舊采用氣動(dòng)絞車或吊車來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆桿的起升,這樣不僅存在一定的不穩(wěn)定性,同時(shí)工作效率也較低。本文從陸地鉆機(jī)的角度出發(fā),在傳統(tǒng)鉆桿起升基礎(chǔ)上,對(duì)陸地鉆機(jī)鉆桿自動(dòng)起升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化進(jìn)行探討與思考。

針對(duì)鉆桿接頭反臺(tái)肩處存在的外加厚過(guò)渡不全及幾何缺陷,在靜態(tài)純彎曲條件下,用電阻應(yīng)變片測(cè)試了所引起的應(yīng)力集中系數(shù).通過(guò)彎曲疲勞試驗(yàn)對(duì)鉆桿使用壽命的影響規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)研究.結(jié)果表明,這種缺陷對(duì)鉆桿壽命影響很大,在臺(tái)肩深度相同時(shí),缺陷半徑越小,鉆桿壽命越短.對(duì)鉆桿接頭缺陷的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與鉆桿的分級(jí)管理提出了合理建議.

通過(guò)化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測(cè)試、組織結(jié)構(gòu)分析和高溫高壓模擬試驗(yàn),對(duì)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(jī)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(diǎn);提出增加送絲機(jī),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(tái)肩根部的疲勞開裂。對(duì)鉆桿接頭水眼結(jié)構(gòu)及其疲勞強(qiáng)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(tái)肩根部的應(yīng)力水平,直角臺(tái)肩根部的壁厚是影響該部位疲勞強(qiáng)度的主要因素。鑒于api標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均沒(méi)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(jì)算、有限元分析及全尺寸疲勞試驗(yàn)方法優(yōu)化設(shè)計(jì)了鉆桿內(nèi)螺紋接頭合理的水眼結(jié)構(gòu)尺寸,現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查均表明這種合理結(jié)構(gòu)接頭的直角臺(tái)肩根部不再發(fā)生疲勞刺漏,其疲勞強(qiáng)度大于鉆桿管體。

針對(duì)石油鉆井關(guān)鍵產(chǎn)品高強(qiáng)度鉆桿接頭的使用要求,在保證強(qiáng)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。

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(qiáng)度要求,達(dá)到延長(zhǎng)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(duì)鉆桿接頭進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),來(lái)達(dá)到增加鉆桿疲勞壽命的的目的。

專利號(hào)：zl200620044752．9 專利權(quán)人：寶山鋼鐵股份有限公司 設(shè)計(jì)人：趙鵬

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(guò)硫酸銅點(diǎn)滴試驗(yàn),研究了磷化液的游離酸度、總酸度、酸比、磷化時(shí)間和溫度對(duì)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(diǎn),總酸度140～170點(diǎn),酸比10～11,磷化溫度75℃左右,磷化時(shí)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(cè)定、宏觀和微觀組織檢驗(yàn)、尺寸測(cè)量及鉆桿的力學(xué)分析等方法對(duì)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(guò)程中脹大失效的原因主要是井下扭矩超過(guò)了鉆桿接頭的承載能力所致。

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

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(duì)象,采用solidworks建立接頭主要零部件的三維模型,導(dǎo)入ansys對(duì)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(jì)、改進(jìn)結(jié)構(gòu)提供了理論依據(jù)。

運(yùn)用有限元分析軟件solidworkssimulation,對(duì)螺桿樁機(jī)鉆桿內(nèi)、外六方接頭建立了有限元模型,在對(duì)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(qiáng)度和疲勞分析對(duì)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(qiáng)度,節(jié)約了材料成本。

鉆桿受到鉆井液的沖蝕會(huì)有不同程度的損傷,若在鉆桿接頭部位出現(xiàn)沖蝕坑就可能使鉆桿失效,引發(fā)鉆井事故。鑒于此,通過(guò)試驗(yàn)分析了鉆井液流量、粘度、密度、鉆井液中固相顆粒體積分?jǐn)?shù)及固相顆粒粒徑對(duì)鉆桿接頭沖蝕量的影響規(guī)律。結(jié)果表明,鉆井液密度對(duì)鉆桿接頭的沖蝕影響基本可以忽略;鉆井液流量與粘度的增大會(huì)導(dǎo)致沖蝕量增大;固相顆粒是造成鉆桿接頭沖蝕的主要原因,固相顆粒體積分?jǐn)?shù)的增大與粒徑的減小均會(huì)導(dǎo)致沖蝕量增加。沖蝕量較大的位置在鉆桿內(nèi)外接頭結(jié)合處、公接頭與鉆桿本體焊接后端臺(tái)階處以及公接頭出口處。因此,應(yīng)在強(qiáng)度等條件允許的情況下,改進(jìn)鉆桿接頭部分的結(jié)構(gòu)與尺寸,使流動(dòng)平穩(wěn)地過(guò)渡,防止因截面突變而引起渦流的產(chǎn)生或流速的加快,以盡量減少?zèng)_蝕量;在鉆井過(guò)程中,應(yīng)當(dāng)采取切實(shí)有效的措施加強(qiáng)對(duì)固相的控制。