基于Johnson-Cook模型的剪切闸板性能仿真

目前有关剪切闸板性能分析多集中于闸板应力分析及钻杆参数分析,而对连续管规格、剪切闸板刃口夹角对剪切力的影响研究还不够系统和深入。为此,以Johnson-Cook模型为基础,建立了剪切闸板剪切连续管有限元模型,对剪切连续管过程中的剪切应力进行了分析,同时分析了连续管壁厚、长度及剪切闸板V形夹角等参数对剪切应力的影响。研究结果表明:随着连续管壁厚的不断增加,剪切力峰值总体呈上升趋势,在塑性变形阶段之前剪切力平缓上升,塑性变形之后上升幅度较大;随着连续管长度的不断增加,其剪切应力在不断减小,3000 m以上连续管,剪切应力明显下降,主要原因是下端拉力在剪切作业中起到了主导作用;随着剪切闸板V形夹角的增加,剪切应力先减少后增加,V形夹角在158°时,上、下闸板应力最优。所得结论可为连续管剪切闸板的结构设计及连续管剪切性能分析提供参考。

剪切闸板剪切性能研究

剪切闸板的工作可靠性是关井能否成功的关键,因此对剪切闸板剪切可靠性的研究十分必要。借助数值模拟技术,应用ABAQUS显式动力学分析模块对闸板剪切钻杆过程进行仿真分析与研究。研究结果表明,ISR型和SBR型剪切闸板均能可靠地剪切127.0 mm(5 in)及以下规格的S135钻杆,SBR型剪切闸板剪切应力和应变值更小,故其剪切性能优于ISR型剪切闸板;在剪切直径更大或壁厚更厚的钻杆时,剪切闸板剪切应力峰值更大,剪切127.0 mm(5 in)以上的S135钻杆时闸板刃口的应力很大,已超过闸板材料屈服强度,存在较高的失效风险;ISR型剪切闸板的最优结构参数是:倒角45°、刀面倾角1°或2°、V形夹角163°。