实时导向螺杆钻具钻柱螺纹动力学特性及优化设计方法

由于钻井过程中载荷具有冲击性、不稳定性,螺杆钻具联接螺纹失效率居高不下。为提高螺杆钻具使用寿命,利用ANSYS建立了2-7/8REG和4-1/2REG螺纹分别在压力、弯矩、转矩3种载荷条件下的三维有限元分析模型,建立了减应力槽、切削第一啮合齿、双台肩3种优化结构,在3种载荷条件下对3种优化结构的力学行为和优化效果进行了对比分析,为螺杆钻具螺纹不同主失效原因的结构优化提供了选择依据。研究表明:压力载荷条件下的应力集中仅双台肩结构发生降低,降低比例为40%左右;弯矩载荷条件下,降低应力集中程度由大到小的结构顺序为减应力槽、切削第一啮合齿、双台肩;转c3矩载荷条件下,减应力槽结构能够降低以4-1/2REG螺纹为例的大型螺纹的应力r集3中,比例为12.7%,但会加重以2-7/8REG螺纹为例的小型螺纹的应力集中,此外,切削第一啮合齿和双台肩结构的降低程度均在10%左右。

新型高强度钻具螺纹的研究

随着钻井环境的越发苛刻以及钻井技术的不断发展,要求钻具螺纹有更高的抗扭强度以适应新的钻井环境。本文通过研究API传统螺纹的力学性能,在其基础上设计新型的高强度螺纹,采用小锥度、大螺距、双密封台肩的设计,提高螺纹的连接强度和密封性能,与同尺寸的API螺纹相比,新型螺纹具有更高的抗扭强度,可以传递更大的扭矩而不发生失效。