S135钻杆接头螺纹三维参数化建模及力学特性分析

S135钢级钻杆在矿井勘探、探放水、瓦斯抽采等钻孔施工中得到了广泛使用。然而,由于钻杆接头螺纹承受轴向拉压、扭转、弯曲及其复合载荷的循环作用,导致接头螺纹的使用寿命远远低于其设计寿命,是整个钻杆结构中最薄弱的环节。因此,通过万能拉伸试验获得钻杆接头材料的力学性能参数,经计算转化得到其本构参数,对钻杆接头进行有限元分析。为了提高有限元分析效率,推导垂直于钻杆接头轴线的螺纹截面轮廓几何表达式,基于旋转、抬升、缩径和连接节点的设计思路,提出了一种考虑钻杆接头锥度和台肩的三维螺纹参数化建模方法,并根据单元和节点之间的关系开发了钻杆接头连接的参数化三维六面体网格建模程序,通过与交互式建模方法计算结果的对比验证了其有效性和可行性。此外,对上扣扭矩、压扭及压弯扭复合载荷作用下接头外螺纹的力学特性进行了分析。结果表明:3种工况下钻杆接头外螺纹上的应力近似呈现“浴盆”形态,第1螺纹牙上的应力最大;随着圈次的增加,螺纹牙上的应力迅速下降,最后一圈螺纹牙上的应力呈现上升趋势;在弯矩的作用下,螺纹牙上的应力具有非对称特征。在接头螺纹设计时,必须考虑井眼曲率的影响并且需要重点关注接头压缩边第1螺纹牙上的应力。

内牙水管接头的注塑模具设计及CAE仿真

针对一端带有内螺纹和另一端为光孔的水管接头,设计了一套带有齿轮传动+抽芯液压缸的自动脱螺纹机构和斜导柱侧抽芯机构的三板式注塑模具。首先,结合塑件的结构特点,确定了点浇口进胶以及浇口位置和直流循环式的冷却回路,利用模流仿真分析软件moldflow对确定的模流分析模型进行注塑成型工艺过程模拟分析。结果表明,塑料熔体的充填时间、缩痕指数、气穴分布以及翘曲变形量等成型工艺参数都在合理范围之内,验证了浇注系统和冷却系统设计的合理性。其次,对模具结构进行设计,将主分型面取在塑件的轴心面上,其余两个分型面顺序分型实现浇注系统凝料的自动脱落。由于塑件为带内螺纹的管状零件,针对内螺纹脱模难的问题,设计了齿轮传动机构驱动螺纹侧型芯旋转和抽芯液压缸的直线移动的两套运动机构实施自动脱螺纹,塑件光孔部分的成型和抽芯采用斜导柱侧抽芯机构来实现。通过模流分析,验证了模具结构的合理性,并且缩短了模具设计的开发周期,有效地提高了塑件的成型质量。

不锈钢管材激光螺纹状弯曲试验研究

管材激光弯曲加工与传统弯管加工方法相比具有明显优势,其弯曲精度高,应用范围广泛,是具有很大发展潜力的新型塑性成形工艺。复杂的三维管材弯曲件可以看成为沿其轴线上各点连续单向弯曲的组合。本文采用分段处理的方法,对规格为φ10 mm×1 mm(外径×厚度)304L不锈钢管的螺纹状弯曲进行了实验研究,探讨了管材螺纹状弯曲的加工工艺过程。

中缅原油管道泵出口压力表管线螺纹接头力学特性研究

中缅原油管道泵出口压力表管线存在持续微振、压力高、温差变化大等情况,导致螺纹接头处常出现渗漏油现象,严重威胁管道系统安全。采用有限元软件对1/2NPT规格的现场管螺纹力学特性进行数值计算,发现螺纹面上的振动频率从30 Hz增大到150 Hz过程中,最大Mises应力及最大剪切应力均明显减小,分别减小了14.11%和12.84%;管道内压从4 MPa增大到12 MPa过程中,螺纹面上的最大Mises应力及最大剪切应力明显增大,分别增加了247.2%和242.5%;环境温度对螺纹受力影响很小,当温度从10℃增大到80℃时,最大Mises应力仅增大了0.00019 MPa。振动是导致管螺纹接头失效的最主要原因,且振动频率135 Hz是现场螺纹受力急剧变化的临界点,应采取必要的减振措施来保证连接安全。

复合载荷下矿用钻杆接头螺纹应力分析

基于有限元分析法建立了钻杆接头模型,对比分析了钻杆双顶结构和无双顶结构的钻杆接头在上扣扭矩、轴向载荷、弯曲扭矩复合载荷作用下螺纹接触面的受力状态和应力分布情况。结果表明:复合载荷作用下2种结构接头受拉面螺纹应力大于受压面螺纹,双顶结构螺纹应力小于无双顶结构;无双顶结构的受压面螺纹应力分布呈现两头大、中间小的不均匀状态,双顶结构螺纹应力分布较为稳定。

煤矿定向钻杆接头螺纹牙形角对应力分布的影响

煤矿定向钻孔技术具有钻孔深、轨迹可控、瓦斯抽放孔覆盖面积大等优点,在煤矿瓦斯治理中得到广泛应用。定向钻杆接头螺纹是最薄弱部位,经常出现钻杆螺纹断裂事故。基于非线性接触理论建立二维轴对称有限元模型,分析了不同牙形角对螺纹应力分布的影响。研究发现,公螺纹和母螺纹的最大应力均出现在台阶处的牙根部,公螺纹的应力大于母螺纹的应力。该研究对优化钻杆设计、降低钻孔事故率、保证正常钻进具有十分重要的意义。

钻杆内螺纹接头自动化加工工艺试验研究

针对钻杆接头内螺纹传统车削方式劳动强度大、人工成本高的问题,通过零件图样和工艺分析,试验对比了铣削加工和改进后的车削加工效果,结合加工的经济性和质量稳定性,设计了一种基于车削路径和高压冷却液冲洗断屑的工艺方案,为实现内螺纹接头全自动化加工提供了技术支撑。

含内外螺纹管接头注射模设计

针对管接头同时有内外螺纹的结构,设计了1模2腔的模具,成型塑件的外螺纹及外圆柱面设计了斜导柱+弹簧+滑块的脱模机构,为了实现塑件内螺纹结构的自动脱模,设计了液压缸+齿轮齿条+齿轮传动+螺纹螺母的脱膜机构,在开模前通过液压缸活塞杆驱动该机构运动,使内螺纹型芯一边旋转一边上升完成脱模。经实际生产验证:模具动作稳定可靠,成型的塑件质量符合要求。

螺纹扩大体钢桩在深基坑支护工程中的应用研究

螺纹扩大体钢桩是近年来江浙沪地区逐渐兴起的一种新型斜向支护结构,与传统钢筋混凝土内支撑相比具有施工便捷、工期缩短、成本节约等优势。文章结合苏州工业园区某大面积深基坑工程,对螺纹扩大体钢桩的应用进行介绍,重点对支护型式的选择及施工工艺进行阐述;静载试验结果表明,螺纹扩大体钢桩承载力满足设计要求;启明星软件计算结果和现场监测数据均显示,钢桩的变形控制效果好,该项目的成功经验可供类似工程借鉴与参考。

超深井油管特殊螺纹密封性能评价研究

为研究恶劣井况下某油管特殊螺纹接头的密封性能,在有限元软件中建立此接头的二维有限元模型,对不同工况下特殊螺纹接头的力学性能以及密封性能进行分析研究,引入一种新的方法即分析螺纹全长、半长、台肩处的泄漏情况,以细化对接头密封性能的评价。结果表明:上述特殊螺纹接头在上扣以及受载时,结构的最大Mises应力超过了材料的屈服极限,但大部分区域应力水平较低,无塑形贯通部位,整体结构完整;螺纹全密封性能指数均大于临界密封性能指数,整体无泄露;但分析半长以及台肩处的泄漏情况后发现,不论是拉伸还是压缩载荷,台肩处的泄漏都比较严重。以上研究结果对复杂工况下细化螺纹的选型具有重要的指导作用。

基于CCD成像的油管螺纹参数自动化检测技术

针对现有油管螺纹人工检测效率低的问题,提出将CCD视觉成像技术应用于油管螺纹参数检测中。搭建了螺纹检测所需的成像系统,对成像光学器件进行了选型;根据检测标准要求建立了螺纹参数提取算法,开发了参数提取程序与结果显示的人机界面;研制了检测装置样机,对27/8与31/2油管进行了现场试验。结果表明:基于CCD成像技术的油管螺纹检测技术可获得较高质量的螺纹图像,实现螺纹螺距、齿高与锥度的提取与自动化检测,检测效率与精度高,满足现场油管螺纹自动化检测的要求。

钻杆圆螺纹参数在线测量实验研究

螺纹参数测量是质量保证的前提,也是螺纹溯源的基础。如何基于光学测量原理在狭小空间内实现高精度、高效测量螺纹参数是行业性难题。以钻杆接头圆螺纹为研究对象,基于低相干干涉法测量原理开展内螺纹测量实验,深入分析低相干干涉法测量原理,设计基于低相干干涉法的内螺纹测量方案,研究螺纹参数计算方法,并搭建简易实验平台。实验表明,采用低相干干涉法能够完整地获取圆螺纹轮廓曲线,搭建的测量实验平台重复测量精度可达0.04 mm,满足参数化在线测量需求。该研究可为钻杆内螺纹及内孔测量提供一种新的解决方案。

水平井膨胀管螺纹失效风险分析

由于膨胀管需要下入水平井中,水平井井眼曲率和水垂比均较大,膨胀管螺纹连接处壁薄强度弱,在施工过程中极易发生断脱,为此对膨胀管下入水平井的风险和可行性进行分析。以某井眼为例,利用有限元软件对螺纹进行下入强度计算、螺纹连接的屈服极限计算以及螺纹连接的拉伸极限计算,并搭配室内模拟实验,判断螺纹连接是否出现失效风险,进而判断膨胀管下入水平井的可行性。研究结果表明:通过对比30 m膨胀管无螺纹连接的应力应变情况,30 m有螺纹连接的膨胀管的最大应力未超过材料的许用应力;螺纹连接的屈服极限计算和拉伸极限计算结果显示,螺纹连接均达到极限状态。室内模拟实验结果显示膨胀管实验过后符合膨胀管补贴要求,研究结果对膨胀管长水平段补贴以及制定配套的施工工艺规范具有重要指导意义。

一种管接头自动化生产线设计

为了解决管接头加工过程中存在的耗人费时问题,设计了一种管接头自动化生产线。该生产线采用PLC控制,由冷镦机、机床、滚丝机、振动盘和物流输送线等组成,具有自动上下料、定位精度高、生产耗时少等特点,大大减轻工人的工作量,显著提升管接头的生产效率。

油井管螺纹的表面处理技术研究及进展

螺纹连接是油井管常用的部件,用于连接油套管、钻具等并传递动力。螺纹连接失效是油井管最常见的失效方式,螺纹的表面状态对连接部件的安全、稳定使用有重要影响。从油井管螺纹表面处理的必要性、螺纹表面热处理、镀层、固体润滑涂层等方面综述了表面处理技术在油井管上的应用与研究现状。粘扣是螺纹表面处理要解决的关键问题,着重介绍了激光热处理、氮化、固体润滑涂层等工艺对螺纹抗粘扣效果的影响,并简单介绍了冷滚压、喷砂等机械表面处理方法对材料表面疲劳性能的提升作用。

油套管管端车丝常见问题与对策

为了提高油套管管端螺纹加工的工作效率,解决车丝生产中的常见问题,以P110钢级Φ139.7 mm×9.17 mm规格BJC-II特殊螺纹的加工为例,介绍了螺纹加工的工艺流程,针对螺纹加工生产中遇到的端面刀杆损坏、胀圈磨损及损坏等加工质量问题进行了分析,并提出了解决办法。通过优化走刀路径、合理利用通道,能够提升管端螺纹车丝加工效率;合理选择断屑方式,增加铁屑防回卷装置和铁屑粉碎装置,能够有效提升设备的整体生产效率。

煤矿定向钻杆接头螺纹应力分布研究

煤矿定向钻孔技术具有钻孔深、轨迹可控、瓦斯抽放孔覆盖面积大等优势,在煤矿瓦斯治理中得到广泛应用,但是钻杆在孔内受弯曲、扭转、振动及拉压各种载荷作用,因此在施工过程中经常出现钻杆断裂事故,不仅影响正常生产,而且还难于打捞,造成人力、财力的损失。开展定向钻杆牙形应力分布研究,研究结果对提高钻杆质量、降低钻孔事故率、保证正常钻进具有十分重要的意义。

煤矿定向钻杆接头螺纹应力集中性研究

煤矿定向钻杆使用载荷在远低于钻杆屈服强度的情况下依然经常发生钻杆断裂事故,经过事后分析发现煤矿定向钻杆螺纹应力集中是主要原因,这不仅影响正常生产而且还难以打捞,造成人力、财力的损失。采用非线性接触单元对螺纹配合面之间的接触建立有限元模型,不同类型的加载由拉压、纯预紧力和它们的组合组成应用于模型,通过分析得出了公接头和母接头的最大应力集中系数。

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。

振动工况下特殊螺纹接头密封性能仿真研究

因管柱振动导致特殊螺纹接头密封失效的问题,传统的静力学理论无法有效解释。为此,基于能量耗散理论,考虑密封面微观接触滑移的影响,建立了锥面-锥面特殊螺纹接头有限元模型,通过振动模态分析及摩擦接触分析,研究不同模态振型与上扣扭矩下特殊螺纹接头的能量耗散与密封性能。研究结果表明:基于能量耗散理论,利用力-位移迟滞特性分析密封面的接触滑移状态及能量耗散,可从微观层面解释因管柱振动引发特殊螺纹接头密封性能减弱的问题;模态振型下,特殊螺纹接头密封面间的摩擦力与能量耗散均随上扣扭矩的增大而增大,且3阶模态振型的能量耗散值大于1阶模态;特殊螺纹接头密封面的位移为微米级,密封面的摩擦力-位移迟滞曲线呈“针叶”形,处于黏着与滑移共存的微观滑移状态;长期振动工况下,易造成密封面磨损,导致特殊螺纹接头密封性能减弱甚至密封失效。研究成果可为特殊螺纹接头上扣扭矩控制及动载作用下密封性能评估提供参考。