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。     

深部科学钻探钻杆接头优化措施

地球深部探测对提高我国勘探开发深部资源能力和深部地质研究水平及地位是不可或缺的,深部科学钻探是唯一准确地获取深地实物资料的工程方法。钻杆柱作为深部科学钻探技术的核心与关键,其管柱规格组合与钻杆接头选配决定着钻杆在平衡其自重后的剩余强度和应付孔内复杂情况的能力,尤其是作为连接各钻杆柱短节的钻杆接头的性能直接决定着钻杆柱的使用极限深度。本文从产品类型、结构特点等方面对国内外高性能石油钻杆接头进行了梳理,分析了现有钻杆接头存在的不足与失效的原因,提出了钻杆接头结构改进方案,对提高钻杆柱的可靠性与安全性,延长钻杆使用寿命,使其更好地应用于深部科学钻探,具有一定的科学意义与工程价值。     

钻杆内螺纹接头摩擦热裂原因探讨

钻杆内螺纹接头摩擦热裂失效事故随着近年来深井、超深井和水平井等复杂工况井的增加而时有发生,已成为钻杆内螺纹接头失效的一种重要形式。本文对钻杆内螺纹接头摩擦热裂纹的宏观失效形式,微观断面特征和材料组织相变特征进行了分析,从钻杆接头受力,钻杆接头材料进行了失效机理研究,并从钻杆使用,材料性能和表面处理等方面提出了预防失效的建议和措施。     

φ71 mm绳索取心铝合金钻杆的研制

介绍了国内外铝合金钻杆的研制现状,分析了绳索取心铝合金钻杆在地质钻探中的优势。对φ71 mm×5.5 mm绳索取心铝合金钻杆体与钢接头连接结构进行了详细设计。通过对试验钻杆进行静拉力、扭矩试验,得出了铝合金钻杆体与钢接头主要技术参数。     

钻杆接头断裂失效分析

某钻孔临近煤矿采空区,采用正循环气动潜孔锤钻进,钻至110m时发生了钻具断裂事故。针对施工过程中出现的钻杆接头断裂失效情况,结合该孔的施工工况,通过对断口进行宏观分析及理化性能试验,结果表明:钻杆接头断裂的主要原因为岩屑上返过程中在钻具外径突变处发生沉积,造成钻杆接头与岩屑剧烈摩擦,造成接头严重磨损,同时产生高温,致使岩屑与接头基体金属熔结为一体,并使金相组织发生了奥氏体转变。高温奥氏体组织硬度、强度大大下降,而变形能力大大提高。在拉力、扭转等应力的作用下,最终在该处薄弱部位发生了过载断裂。     

石油钻杆接头水基淬火的研究

对石油钻杆接头水淬热处理技术进行了研究分析。介绍了水基淬火和油基淬火后石油钻杆接头的硬度、硬度均匀性的对比试验;不同条件下的淬火液对钻杆接头冷却速度的影响。研究表明,水基淬火方式能更好地提高钻杆接头马氏体化程度,从而提高淬火质量。     

冷组装铝合金钻杆螺纹副力学性能测试及失效分析

与传统的钢制钻杆相比,铝合金钻杆具有密度小、比强度高、无磁等优点,因此在深井与超深井钻井作业中具有较大优势。在实际使用中,铝合金钻杆两端需要通过钢接头之间的螺纹来实现拧卸钻杆,而铝合金杆体与钢接头还需要过盈装配以实现紧固连接 。以液氮为冷源,对50 mm的7075铝合金钻杆管体与钢接头进行了“冷组装”过盈装配,铝合金管体与钢接头之间的过盈量分别为0.10、0.15、0.20 mm。对组装后两端带钢接头的铝合金钻杆分别进行了拉伸和扭转试验,评价了铝合金管体与钢接头连接的可靠性,对断裂试样的断口进行了宏观与微观分析,阐述了其断裂机理。结果表明,采用“冷组装”方式可以实现铝合金管体与钢接头的过盈装配,其中过盈量为0.15 mm时,带钢接头的铝合金钻杆综合性能较优,可以承受较大的抗拉强度极限和抗扭极限,其断裂方式为脆性断裂。     

回火温度对钻杆接头性能的影响

在对绳索取心钻杆接头断裂现象分析的基础上,开展了对钻杆接头热处理工艺的研究。经研究改进了热处理工艺,调整了表面处理方式,使钻杆接头断裂现象较调整工艺前有明显减少,延长了钻杆接头的使用寿命,提高了勘探施工效率,减少和预防了孔内事故的发生。     

金刚石绳索取心钻杆接头上扣扭矩的有限元分析

在分析S71绳索取心钻杆接头结构参数的基础上,建立了其上扣扭矩计算公式。给出了利用ANSYS对钻杆接头进行上扣扭矩影响分析的实现方法。所得结果与实际情况相符,可用于最佳上扣扭矩的计算及钻杆接头螺纹参数的优化研究。      

基于ANSYS绳索取心钻杆和连接接头的应力分析

对绳索取心钻探施工的工况进行了分析,利用ANSYS软件对绳索取心钻杆以及连接接头的应力状态进行了三维模拟,提出了不同工况条件下,钻杆柱最大应力出现的位置。所得的结论对预防钻杆折断事故、优化接头螺纹设计、确定合理钻进参数有一定的参考意义。     

TK─3型液压夹持器的结构特点

ＴＫ─３型液压夹持器的结构特点冶金部第一地质勘查局地质探矿研究所董海卿绳索取心钻进的钻杆和钻杆接头是经过调质处理的无缺口光滑薄壁合金钢管。因无指定供夹持的卡住部位承受钻具产生的重力和平衡卸扣扭矩，因此对夹持器的性能和结构要求有别于带锁接头的钻杆，此外...     

低碳马氏体强韧化在钻杆接头制造中的应用研究

文本概述了低碳马氏体应用于钻杆接头强韧化的理论依据,对主要性能指有力标与回火索氏体组织进行了试验和对比分析.讨论了试验钢种及其热处理工艺特点.并介绍了在绳索取心钻杆接头上应用的生产效果.研究表明,采用低碳合金钢经热处理获得板条马氏体组织是钻杆接头强韧化的新途径,以其取代中碳合金钢调质处理具有明显的优越性和广泛的应用前景.     

铝合金钻杆与钢接头可靠连接过盈量的计算及组装工艺

铝合金钻杆具有密度小、比强度高、耐腐蚀性强等优点,但其耐磨性较低。实际使用时,将铝合金钻杆杆体与钢接头组装在一起形成钻杆柱,由钢接头来承受拧卸操作。由于铝合金与钢在弹性模量、热膨胀系数、屈服强度等方面的差异,经常出现连接不可靠的情况。针对饱147 mm ×13 mm的内加厚铝合金钻杆进行过盈量的理论计算,得出满足传递载荷及材料不产生塑性变形的过盈量范围是0.712～1.009 mm。同时对钻杆杆体及钢接头的组装工艺进行介绍。     

定向用孔口钻杆接头

我队在螺杆钻定向施工中,所用钻机为XY-4型,定向仪为DX-38型。由于定向仪探管外径比六方主动钻杆的通水孔大,所以每次定向时都要从高空的水接头上端向主动钻杆下端穿导线,接探管,定完向后再将导线与探管解开,工序繁琐费时。为此,我们用绳钻钻杆接头加工了一个带有滑轮和通线孔的接头(如图),将导线、探管、接头连接好后一起放于绞车上。定向时先将探管放于钻杆中,将接头接于孔口钻杆与主动钻杆之间,定完向后将接头、探管一起取出,可不再向主动钻杆中穿线及接、解探管。     

基于模糊粒子群算法的钻杆运移装置控制系统研究

在大直径救援井施工起下钻作业中,钻杆运移装置用于大直径钻具输送及钻柱接续。针对钻杆运移装置定位过程中钻杆易产生振动,难以快速、准确地将钻杆举升至动力头翘起角度进行对扣的问题。首先分析了钻杆运移装置的结构特点和工作原理,利用结构关系推导了钻杆举升时的运动学模型,得出钻杆末端接头与举升油缸和运移小车运动规律的映射关系,并采用有限元方法建立了钻杆举升时的动载受力模型,得出了钻杆末端接头的振动加速度主要由举升油缸和运移小车的工作速度所决定,且各部件的工作速度主要由各自的输入流量所确定;其次引入了基于模糊粒子群优化算法的综合误差评价函数,将钻杆末端接头的转角误差和位姿误差作为输入信号,采用加权法进行计算出综合误差和加速度误差,利用梯形隶属度函数构造了模糊控制规则,得出综合误差、加速度误差与比例参数、积分参数、微分参数之间关系,完成PID的控制参数调节,实现了对钻杆末端接头的主动抑振控制;最后利用MATLAB软件搭建了数值仿真模型,以某次钻杆运移装置工作时测量数据信号为例进行仿真研究,系统综合误差只需0.9 s可将振幅衰减至峰值的10%以下,同时加速度误差仅为0.05 mm/s²     

地质特深孔绳索取心钻杆机械性能研究

地质特深孔绳索取心钻杆结构区别于API石油钻杆,其机械性能计算不可直接引用API石油钻杆的相关理论公式。针对这一理论依据与计算方法缺失,本文对地质特深孔双台肩钻杆接头进行了受力分析,开展了钻杆接头拉伸载荷与扭转载荷计算理论研究,构建了绳索取心钻杆机械性能计算的理论方法。同时,通过有限元分析和台架试验,确定了H-5000规格双台肩绳索取心钻杆的机械性能,验证了计算方法的准确性,并提出了钻杆结构改进建议与下一步研究方向,为高性能薄壁绳索取心钻杆“服役”于5000 m地质岩心钻探工程提供了技术支撑。     

提高钻杆接头调质热处理质量的途径

钻杆接头是钻探中的易耗品，其寿命长短直接影响到钻进效率、钻探成本和钻探工人的劳动强度。钻杆接头的使用情况除与选用的钢材、机械加工质量有关外，还与热处理状态有着非常密切的关系。特别在小口径金刚石钻进中，由于采用了高转速和较高的钻进压力，同时又减小了钻杆接头的结构尺寸，因而对钻杆接头材质的机械性能也提出了更高的要求。但材料的机械性能取决于材料的内部组织结构，而材料的内部结构又取决于一定的     

等离子弧焊接绳索取心钻杆寿命过万米

绳索取心钻杆寿命的测算问题，一直未能很好解决。按照苏美经验，全套钻杆出厂后，厂方要进行追访。例如一套钻杆，每磨损一付接头（或一根钻杆），都应详细记录下来，直至因磨损而调换的接头和钻杆总数（接头为付，钻杆为米；等离子焊钻杆与接头为一体，则以米数计）超过接头总数的三分之一或每套米数的三分之一，则为到达报废程度，此时算出的总进尺数为全套钻杆寿命。应当指出的是因为每套钻杆长度、孔深、岩石级别、钻孔角度等因素之不同，其寿命不是完全一致的，国外一般8，000～12，000米，有个幅度，也就是使用条件不一致的缘故。当然     

高频表面淬火钻杆在金刚石钻进中试用效果良好

金刚石岩心钻探过程中,钻杆是保证顺利钻进的重要钻具之一。分析金刚石钻进时钻杆的报废原因,除了属于非正常的即事故原因而外,主要是由于长期地工作疲劳、腐蚀和表面磨损所造成的。疲劳:主要反映在应力集中部位,例如钻杆及其接头的螺纹部分,以及偏磨损和其它伤痕、缺陷部分。     

激光硬化技术在强化钻杆接头中的应用

为了解决钻杆接头在钻进过程中经常拧卸及在加工螺纹时强度降低的问题，采用激光硬化技术来提高钻杆接头的性能。试验结果表明，激光强化钻杆接头表面的硬度、耐磨性及抗疲劳等机械性能都得到提高，同时采用该技术能提高钻杆的使用寿命，且又省工省时。