牙嵌式钻杆联接

经过摸索，我们设计了一种大口径钻杆接头，根据其特点，称之为“牙嵌式”钻杆联接件。其特点是利用互相啮合的方牙（矩形齿）传递力矩，因而传递力矩大；利用螺纹连接来保证钻杆轴向成为一刚体，并实现提下钻，它只起连接作用而不传递力矩，因而拆卸极为轻松，方便；又因其内壁平滑对于反循环排渣极为有利。其结构见附图。主要由上、下接头及联接罩，导向管组成，上、下接头的一端端面做成能互相紧密配合的矩齿，以传递力矩。下接头车有内螺纹，升降钻杆柱时连接提引接头，联接罩用内螺纹与下接头连接，为防止回转运动中联接罩松脱，采用反丝螺     

提高钻杆接头螺纹强度的有效方法研究

以接触非线性有限元理论为基础，建立了钻杆接头螺纹非线性有限元分析模型。运用大型通用有限元分析软件研究了钻杆接头螺纹外径对其强度的影响规律。研究结果表明，适当增大螺纹外径，可以有效改善接头螺纹内部的应力分布状态，接头螺纹整体强度提高约32%。     

金刚石绳索取心钻杆接头螺纹的优化研究

金刚石绳索取心是一种高效优质、快速经济、应用广泛的钻探技术。我国绳索取心钻杆螺纹强度低,使用寿命短,钻杆折断事故时有发生,不能满足深孔钻进的需要。以接触非线性有限元理论为基础,运用大型通用有限元分析软件研究了钻杆接头螺纹螺距及螺纹长度等参数对螺纹强度的影响规律,并实现了对螺距和螺纹长度等的优化。研究结果表明,适当增大螺距及螺纹总长度,可以有效改善接头螺纹内部的应力分布状态,优化后的接头螺纹整体强度提高约15.4%。     

弯外管螺杆钻具装合差的测定方法

螺杆钻具偏斜钻进配备的偏斜器，目前有弯接头和弯外管两种。弯接头与定向接头设计为一整体，共属一条母线，不存在装合差，而弯外管是通过螺纹连接在万向轴节外管下端，定向接头则通过螺纹连接在旁通阀的上端，两者之间有万向轴节外管、定子、旁通阀3道螺纹相连，因此组装好的螺杆钻具之弯外管与定向接头的母线，很难处于同一条直线上，其差值     

基于Ansys Workbench通地1井的绳索取心钻杆接头疲劳分析

通过分析通化盆地地质调查井工程钻探施工工况、钻杆折断事故及折断部位,基于钻杆和钻进工艺参数对井内钻杆接头螺纹受力进行理论计算,采用SolidWorks对钻杆接头螺纹连接处进行建模然后将模型导入Ansys Workbench中进行应力和疲劳仿真分析,预测钻杆接头的疲劳寿命。通过分析仿真结果,再结合地质岩心编录和测井资料,探讨涌水伴随大量气体钻探施工的钻杆折断原因,优化钻进工艺参数,从而减少孔内钻杆折断事故的发生。     

非均匀载荷和内压作用下石油套管的抗挤能力分析

油井套管往往处于管内外复杂的受力环境下,揭示和分析这些因素对套管抗挤能力的影响就显得非常重要,并可为套管强度设计提供理论依据。根据套管在受到外部非均匀载荷和内压作用下的受力特点和材料力学理论,建立了单位长度的理想圆管的环向应力的计算模型,得到了套管内外壁的环向应力分布规律。计算结果表明：套管发生破坏失效位置在圆周方向与最大水平地应力成90°角的内壁上。依据Von Mises屈服准则由失效点得到了非均匀外挤载荷和内压作用下套管屈曲时抗外挤能力的新公式。实例计算表明：在影响套管的抗挤能力的因素中,外载荷的非均匀系数对套管抗外挤能力影响最大,外载荷的非均匀系数越大,套管抗外挤能力下降得越快;在外载荷非均匀性较小的条件下,提高套管外载荷承载能力可通过增大内压和减小套管径厚比来实现。     

灌浆导管巧朕接

水下混凝土灌浆导管，是钻孔灌注桩施工中不可缺少的灌浆设备。其联接方式多为法兰盘式或油管接头式。这两种方式虽然联接可靠，密封性好，但都存在着操作中费工费时的缺点，这对提高工效是很不利的。下面介绍一种新的灌浆导管的联接方式。根据这种方式的特点，命名为“杯盖式”。结构见图1。它主要由上、下两个接头和一道“O”型密封圈所组成。上接头上部外表面有4个径向孔；下部焊有3个圆柱状锁紧销；内腔中部有一锥面。下接头上部为一锥形体，其根部有一“O”型密封圈环槽；下部为一圆柱体，其上有3条轴向槽；下端面为一由3个锯齿形所组成的     

二元介质模型对重塑黄土的适用性探讨

为了论述二元介质模型对于重塑黄土的适用性,针对重塑黄土开展了三轴压缩试验,结合轴向应力-应变曲线及试样的破坏形态分析了围压对其受力变形的影响规律,将其受力及破坏的特点与二元介质模型的基本假设进行了对比,指出二元介质模型可以模拟重塑黄土的受力变形规律。在此基础上,根据模型各参数特点建议了参数厘定的基本思路,并通过与试验数据对比验证了厘定思路的有效性。本文建议的参数确定顺序为“胶结元弹性模量→破损率分布→摩擦元参数→局部应变系数”。结果表明,重塑黄土在三轴压缩情况下呈现二元受力状态,二元介质模型可以很好地描述重塑土的应力-应变关系。围压越大,结构破损越快。对于软化型曲线,加载后期摩擦元分担了绝大部分轴向荷载。随着曲线向硬化型过渡,加载后期摩擦元分担的荷载逐渐减小。     

煤矿用钻杆螺纹的研究现状及展望

钻杆是煤层瓦斯抽采、探放水和地质勘探等钻孔施工的主要装备之一。由于钻杆受力情况及使用环境复杂，使得因钻杆螺纹失效而导致钻孔孔内事故屡见不鲜。按不同结构分类方式，详细介绍当前煤矿用钻杆螺纹结构特点；总结螺纹应力分布和螺纹失效原因分析的研究现状，螺纹应力分布的研究方法主要有解析法、有限元法和试验法，螺纹失效主要原因包括疲劳破坏、脆断和粘扣等。同时分析了钻杆螺纹在设计、生产过程中存在的问题，包括基础研究不到位、制造技术滞后和钻探新技术对螺纹结构提出更高需求。并结合石油钻杆API螺纹和特殊螺纹的技术现状，探讨煤矿用钻杆螺纹的发展方向，包括开展大直径钻杆螺纹研究、开发煤矿用特殊螺纹、优化螺纹牙受力分布、研究动态循环复合载荷试验方法评判钻杆螺纹的性能等。      

非均匀椭圆载荷下套管抗外挤能力分析

目前大多数油井套管的损坏很大程度上是由非均匀载荷引起的,外载荷的非均匀性等因素大大降低了套管的承载能力,为此,揭示这些因素对套管抗挤能力的影响具有重要的实际意义。根据非均匀椭圆载荷作用下套管的受力特点,利用材料力学理论建立了理想套管的环向应力计算模型,分析了套管的应力分布规律,结果表明：套管承载的危险点为圆周方向与最大水平地应力成90°夹角的内壁上,与有限元数值模拟结果有着很好的一致性。并以危险点应力状态为依据,得到了套管在不同的非均匀载荷下的等效外挤压力计算的新公式。计算结果表明,椭圆载荷中的非均匀部分对套管等效外挤压力影响极大;外载荷非均匀度越大,径厚比越大,套管承受外挤载荷能力越差,越容易发生挤毁失效。     

横肋对螺纹钢树脂锚杆荷载传递的影响

螺纹钢横肋的外形及尺寸显著影响树脂锚杆的锚固能力。为分析横肋对螺纹钢树脂锚杆荷载传递的影响,将拉拔条件下的螺纹钢树脂锚杆简化为轴对称模型,基于剪切-位移原理导出了关于剪切位移的二阶周期间断变系数齐次微分方程,对周期间断变系数进行Fourier变换,基于MATLAB求解出横肋影响下螺纹钢树脂锚杆剪切应力分布规律,并与圆钢锚杆进行对比分析;采用ABAQUS对螺纹钢锚杆受力进行模拟分析,并与理论分析结果对比验证;提出横肋应力集中因数F,对横肋的影响范围与影响程度进行了分析。研究表明,螺纹钢锚杆剪切应力沿锚杆轴向呈锯齿状递减分布;锚杆有效锚固承载区域内横肋应力集中因数F范围为[1.875,2.156];300 MPa拉拔荷载条件下横肋附近剪切应力峰值可达36 MPa,预示着锚固系统易从横肋附近损伤破坏。     

负摩阻力作用下锥形异型桩承载力研究

研制异型桩是降低负摩阻力的重要措施之一,对目前能降低负摩阻力的异型桩的种类和特征进行了系统分析与总结,并介绍了作者已授权的一项国家发明专利——一种端部螺纹X形变截面预制管桩及其施工方法。通过FLAC3D软件分别模拟了圆形等截面桩和锥形异型桩在相同地面堆载的情况下桩身轴力的分布情况,结果表明锥形纵截面的设置可以有效降低负摩阻力的影响。阐述了端部螺纹X形变截面预制管桩能更显著降低负摩阻力的机制,研究成果可为端部螺纹X形变截面预制管桩的设计和推广应用提供一定的理论基础。      

Degradation model for one-way cyclic lateral load on piles in soft clay

The analysis of laterally loaded piles in soft clay is carried out idealising the pile as beam elements and the soil by nonlinear inelastic spring elements modeled with elasto-plastic sub-elements. The nonlinear hyperbolic model for static load condition is developed based on the undrained shear strength and modulus of subgrade reaction. An iterative procedure is adopted to perform a nonlinear finite element analysis and the effect of static lateral load on deflection is studied. Based on the lateral deflection at the end of first cycle (static load), the degradation factor is assumed and the p-y curve is modified. The cyclic load analysis is carried out using the static analysis program idealising the soil by modified p-y curve, which considers the effect of number of cycles and magnitude of cyclic lateral load. The results of the proposed analytical model compare well with the published experimental results, on piles subjected to one-way cyclic loading for different magnitude of cyclic lateral load and number of cycles.     

Proposed nonlinear 3-D analytical method for piled raft foundations

The load distribution and deformation of piled raft foundations subjected to axial and lateral loads were investigated by a numerical analysis and field case studies. Special attention is given to the improved analytical method (YSPR) proposed by considering raft flexibility and soil nonlinearity. A load transfer approach using p–y, t–z and q–z curves is used for the analysis of piles. An analytical method of the soil–structure interaction is developed by taking into account the soil spring coupling effects based on the Filonenko-Borodich model. The proposed method has been verified by comparing the results with other numerical methods and field case studies on piled raft. Through comparative studies, it is found that the proposed method in the present study is in good agreement with general trend observed by field measurements and, thus, represents a significant improvement in the prediction of piled raft load sharing and settlement behavior.     

能源桩与周围土体之间荷载传递模型的改进及其桩身承载特性研究

桩-土相互作用问题是岩土工程桩基础问题的关键点与难点,目前针对桩身在循环温度荷载与上覆结构荷载双重作用下的能源桩承载特性研究较少。在传统理想弹塑性模型及双曲线模型的基础上,采用分段非线性的方法对桩-土荷载传递骨干曲线进行了修正,并基于Masing’s循环准则,提出了适用于能源桩的桩-土荷载传递模型。利用改进的桩-土荷载传递模型对能源桩承载特性进行数值分析,着重研究了桩-土荷载传递参数比R对能源桩受力情况的影响。此外,为了探究在上覆结构荷载及循环温度荷载双重作用下,能源桩与周围土体之间的真实荷载传递关系及其结构热力学特性,开展了针对能源桩与周围土体之间相互作用问题的室内模型试验,监测了其桩身轴向应力及侧摩阻力随温度及深度变化的趋势,并与基于改进荷载传递模型的数值计算结果进行了对比。室内模型试验监测及数值计算结果显示：能源桩在上覆结构荷载及温度循环荷载双重作用下,其受力行为受改进的桩-土荷载传递循环曲线控制;基于改进的桩-土荷载传递循环曲线而建立的数值模型计算结果与试验结果基本吻合,改进的桩-土荷载传递模型能够较好发地反映能源桩实际的承载特性。     

石油钻铤螺纹联接失效的机理分析

总结和讨论了钻铤螺纹联失效的类型和失效机理,指出了现场施工中可能存在的潜在因素,还明确指出了ＦＨ型、ＩＦ型接头这所以要泡汰的原因,建议因内各油田尽力推广使用数学字型ＮＣ接头。     

浅层地基上管道轴向运动的阻力研究

铺设于深海浅层地基上的海底管道在运行期间受高温高压等的作用易产生轴向膨胀和收缩，间歇性的往复剪切管道周围浅层地基土，对这种管道轴向运动过程中管?土相互作用机制需深入研究。基于修正剑桥模型建立了浅埋式管道在运行期间的轴向运动过程的小变形有限元分析（SSFE），采用有效应力指标，得到了不同初始埋深的管道在轴向运动过程中地基土在临界塑性剪切固结阶段的轴向阻力随时间发展规律（S形管?土轴向阻力发展曲线），探究了不同剪切速度下剪切带内地基土的超孔隙水压力、管?土界面摩擦系数、反映管?土接触面形状的楔形变形因子ζ以及管?土之间轴向阻力等的发展变化规律，研究发现轴向剪切产生的超孔压是速度和时间的函数，随着轴向运动速度减小，峰值超孔压的值减小且出现峰值超孔压的时间推迟。管道轴向运动过程中地基土由不排水条件向排水条件过渡的内在机制做出了较完整的阐述。     

基于滑面正应力分布的爆炸震动荷载作用下边坡稳定性分析

假定滑面正应力分布为2个待定参数的拉格朗日函数,推导出爆炸震动作用下滑体的水平力、垂直力和力矩平衡方程。通过算例分析证实计算方法的可行性,说明爆炸振动拟静力系数与边坡安全系数的关系。研究结果表明,垂直向下、水平指向坡外的爆破振动荷载以及两者的联合爆破荷载对边坡稳定性安全系数有很大的影响;爆破荷载拟静力系数从0增加到0.3 ,每步增加 0.05,爆破振动水平指向坡外时,边坡安全系数减少6.65%～23.54%,爆破振动垂直向下时,边坡安全系数减少1.18%～2.52%, 联合爆破荷载的方向对边坡稳定性也有影响。     

API圆螺纹连接上卸扣过程中温度场分布的实验研究

粘扣是油套管接头的主要失效形式之一,直接影响油套管的密封性能和连接强度。以J55Φ73.03mm×5.51mmAPI不加厚圆螺纹油管为实验样本,利用TH7102型热像仪对在不同上卸扣速度和扭矩作用下螺纹连接部位温度场的分布进行了动态测试。根据摩擦磨损理论对影响螺纹连接部位温度场的分布和粘扣失效的主要因素进行了研究和总结,实验表明螺纹连接部位温度场分布不均匀,当接箍螺纹外表面温度超过60℃时,油管啮合螺纹一般会出现粘扣失效现象。