基于响应面法的钻杆吊卡结构优化设计

吊卡作为钻井提升系统的重要结构,强度与可靠性要求极高。为提高吊卡的强度与安全可靠性,对吊卡吊臂部位进行结构优化。利用有限元软件ANSYS workbench对吊卡的静态特性进行了研究分析;在此分析基础上,对吊臂结构优化设计参数进行了灵敏度分析与实验设计;并基于响应面法建立了优化的数学模型,再通过遗传算法得到最优设计方案。结果表明:当吊臂截面厚度b为94mm,吊臂截面半径R为87mm,吊臂截面偏离角度β为37°时,吊臂的最大应力值降低12.5%,并通过试验进行了验证。提高了吊卡的强度与安全储备,为吊卡结构改进设计提供了理论指导。

DDZ5—18—350牛头钻杆吊卡断裂分析

对ＤＤＺ５－１８－３５０牛头钻杆吊卡三维应力场进行分析后，采用有限元位移法，求解危险截面处不同深度和形态表面角裂纹的应力强度因子，给出了应力强度因子沿裂纹前沿的变化规律。根据有限元数值，拟合出关于角裂纹特征参数的无量纲应力强度因子表达式，为预测带裂纹的牛头钻杆吊卡的承载能力、剩余寿命、确定探伤周期和制定判废标准等提供了必要的断裂分析参数。

CD350钻杆吊卡断裂分析

对ＣＤ３５０钻杆吊卡三维应力场进行了分析，进而采用有限元位移法求解危险截面处不同深度和不同形状表面角裂纹的应力强度因子。在大量有限元计算的基础上，拟合出关于角裂纹特征参数的无量纲应力强度因子表达式，为预测带裂纹的钻杆吊卡的承载能力、剩余寿命，确定探伤周期、制定判废标准等提供了必要的断裂分析参数。

钻杆吊卡轴销断裂原因分析

采用化学成分分析、断口分析、金相检验以及力学性能测试等方法,对某钻杆吊卡轴销断裂原因进行了分析。结果表明:由于该轴销外表面存在原始淬火裂纹,加之其冲击韧度和塑性较差,从而导致其在较大的冲击载荷作用下裂纹失稳扩展而脆性断裂。

磁粉探伤在CDZ18°钻杆吊卡检测中的应用

在超声波探伤、渗透探伤、涡流检测、磁粉探伤等四种检测方法对CDZ18°系列钻杆吊卡进行检测比较中，磁粉检测方法做到及时发现裂纹的存在，对修复CDZ18°系列钻杆吊卡提供了可靠依据。

CDZ 3150 KN吊卡卡页台肩根部裂纹分析

对在用吊卡进行解体检测,发现多数吊卡卡页上台肩根部存在裂纹,有CDZ 5” ×3150 KN和CDZ 5-1/2” ×3150 KN两种规格。首先对出现裂纹的吊卡卡页展开实验分析,从宏观形貌特征以及化学成分、机械力学性能,金相组织进行检测,发现卡页原材料符合标准要求,卡页台肩根部为疲劳裂纹。接着对吊卡的结构展开研究,建立三维模型,进行有限元分析,同时根据API 8C规定对吊卡进行强度分析,分别从等效应力和极限强度方面进行理论计算。对有限元分析结果和理论计算结果进行对比,发现卡页台肩根部圆角半径较小时,虽然有限元分析结果满足API8C按照极限强度分析的最大允许应力,但是考虑到出厂载荷试验和现场工况等,只有圆角半径不小于R5时的有限元分析结果小于API计算的最大允许应力。建议采用R5以上的圆角半径,以及在不影响活页开合情况下增加卡页厚度,以提高卡页的抗疲劳性能和使用寿命,确保使用安全。