SDTK1井钻铤接头二次上扣特性分析与井下等效冲击扭矩预测

基于8"(203.2mm)钻铤接头三维弹塑性有限元模型,分析复杂载荷条件下NC56钻铤接头内、外螺纹的受力特征和井下二次上扣特性,通过有限元分析,根据接头内、外螺纹台肩处相对偏移量计算井下等效冲击扭矩,形成井下等效冲击扭矩的预测模型,利用塔里木盆地GT1井井下实测结果验证该模型正确性,并应用于中国第1口超万米特深井——深地塔科1井(SDTK1井)。结果表明:复杂载荷作用下钻铤接头应力分布不均匀,台肩处和靠近台肩的螺纹牙处vonMises应力水平相对较高;对于按API(美国石油学会)标准上扣的203.2mm钻铤接头,当井下等效冲击扭矩超过65 kN·m时,钻铤接头的上扣预紧平衡被打破,钻铤接头发生二次上扣;随井下等效冲击扭矩的增大,内、外螺纹台肩处相对偏移量增加。SDTK1井井下存在较大冲击扭矩,井下载荷环境复杂,需要采用双台肩钻铤接头以提高接头的抗冲击扭矩能力或优化作业参数来降低井下冲击扭矩,从而有效防止钻具失效。

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。

高速注采储气库井套管螺纹密封性研究

套管螺纹密封性是影响周期性高速注采作业的储库气井安全性的关键因素,因此保证储气库井的密封性完整极其重要。需要重点研究储气库井注采过程中对其套管柱密封性的影响,特别是循环注采过程中产生的交变载荷对储气库套管柱特殊螺纹接头密封结构性能的影响。基于有限元法理论,针对中国北部某储气库井所选用的特殊螺纹接头,结合储气库井实际工况和现场数据,建立套管接头螺纹有限元计算模型,研究了循环注采条件下,温度、注采压力、轴向载荷及点蚀对储气库套管螺纹密封状态的影响。结果表明,温度对套管螺纹接头的结构完整性和密封完整性影响较小,注采压力、轴向载荷和点蚀对其影响较大,需控制在一个较低值。研究可为储气库井套管柱密封失效判定及其套管柱设计提供参考。

Ф172mm螺杆钻具旁通阀壳体外螺纹接头断裂原因分析

针对某公司生产的Ф172 mm螺杆钻具旁通阀壳体发生的外螺纹接头断裂,采用宏观分析、理化检验及微观断口分析,发现外螺纹接头断裂主要原因是由于电镀过程中氢渗入金属内部形成氢致延迟开裂裂纹,随后发生脆性解理断裂。

挤压和车削成型方式对螺纹连接松动行为影响研究

针对7050铝合金车削成型和挤压成型的内螺纹开展损伤形貌分析和机械性能分析,基于自主研制的螺纹连接结构松动试验夹具和随机振动试验夹具,系统开展了在轴向激励下车削和挤压内螺纹/螺栓连接结构的松动行为研究。结果表明:内螺纹在挤压成型时材料发生塑性流动,螺纹表层组织呈流线分布,由于发生塑性变形时的冷作硬化,使得螺纹表面硬度高,质量好;挤压成型的内螺纹相较于车削成型的内螺纹更难以拉脱;挤压成型内螺纹的松动速率大于车削内螺纹;车削螺纹损伤程度比挤压螺纹严重,内螺纹的损伤主要集中在螺纹牙中部和牙底,螺纹表面损伤特征主要呈现为剥层、塑性变形以及犁沟。螺纹表面的磨损机制主要为疲劳磨损、磨粒磨损、粘着磨损。

典型载荷下钻具接头螺纹强度分析

钻具接头在使用中存在连接强度不够和抗扭性能不足等问题,进而易发生黏扣、胀扣、滑脱以及断裂等故障。采用ABAQUS有限元模拟方法对不同钻具螺纹形式,在上扣扭矩载荷或复合载荷(拉伸、扭转、弯曲)作用下进行强度分析;同时对某井失效钻铤样品进行宏观形貌、理化性能、微观形貌及弯曲强度比等分析。分析结果表明:钻具接头螺纹在上扣扭矩(25.79 kN·m)或复合载荷作用下,靠近台肩处螺牙应力水平较高,长期井下使用易对接头造成破坏;螺纹锥度、长度的变化将对接头连接强度产生较大不利影响,而应力减轻结构对于提高接头强度、延长钻具使用寿命具有显著意义。失效钻铤分析结果同样表明,在使用过程中钻铤螺纹选用不合理,导致螺纹型式不匹配,从而产生应力集中,造成钻铤接头螺纹断裂。研究结果可为钻具螺纹的合理使用提供理论依据。

基于钻柱动力学大位移井钻具接头可靠性研究

以埕海区块大位移井的钻具组合与井身结构为基础,通过钻柱动力学技术计算相同钻压、排量、转速条件下,不同井深底部钻具组合所承受的动态载荷。结果表明:随着井深的增加,随钻测量系统MWD承受的轴向载荷均值逐渐降低,扭矩载荷均值逐渐增大,弯矩与井眼曲率直接相关,且随着井深的增加载荷幅值在变大,并利用随钻测量数据对井眼狗腿度和钻具承受的弯矩载荷进行验证,证明了动力学计算的有效性。从动力学计算结果中选出2个工况环境恶劣的载荷谱,并将极限载荷施加在MWD工具接头上,分析螺纹静强度,结果表明:外螺纹应力最大位置都是位于距台肩面的第2个齿根部,内螺纹最大应力位于端面到第1个螺纹处,螺纹根部的Mises应力低于材料屈服强度;在交变载荷作用下分别循环作用1.0×10^(7)次,接头螺纹的疲劳安全系数为1.1~1.2,在井下工况复杂多变的情况下仍存在一定风险。

新型钻具特殊螺纹优化设计

随着勘探开发向深部发展,对钻具接头的连接强度提出了更高的要求。根据钻具接头受载时螺纹牙的力学特征,设计出一种双台肩锯齿状螺纹牙新型特殊螺纹接头,该结构内表面平滑,降低压耗,螺纹锥度小。文章基于接头抗扭性能理论计算公式与螺纹牙变形原理,提出了一种新型钻具特殊螺纹结构,利用正交优化的方法优选结构参数,得到最优参数为锥度1∶16,螺距7.25 mm,牙高4.10 mm,承载角-3°,导向角45°。进而采用ABAQUS对比计算了普通接头、双台肩接头、新型钻具特殊螺纹接头在井下拉扭复合载荷下的承载性能。结果表明,相较于普通接头和双台肩接头,新型钻具特殊螺纹接头水眼增大10.3%,抗拉性能分别提升15.4%和10.9%,应力集中分别优化22.0%和16.6%,特殊螺纹接头的疲劳寿命分别提高11.2%和7.6%。

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。

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。

钢筋丝头不顶紧滚轧直螺纹钢筋接头残余变形研究

针对钢筋丝头不顶紧滚轧直螺纹钢筋接头,分别采用3种规格钢筋、2种牙型角套筒、3组螺纹中径尺寸钢筋丝头,按JGJ 107—2016《钢筋机械连接技术规程》规定的试验方法,对接头残余变形进行试验研究。试验结果表明,按《钢筋机械连接技术规程》规定的螺纹精度控制钢筋丝头尺寸,丝头不顶紧滚轧直螺纹钢筋接头残余变形不能满足标准要求。当钢筋丝头螺纹中径尺寸超过套筒最大螺纹中径尺寸,且长度超过标准要求的丝头螺纹长度50%时,用其制成过盈配合直螺纹钢筋接头的残余变形才能满足标准要求。

等直径膨胀套管螺纹接头安全分析

目前螺纹接头性能研究主要集中在常规油套管特殊螺纹接头力学性能分析方面,对膨胀套管螺纹接头在轴向拉伸和压缩载荷、内外压力以及弯矩载荷复合作用下的力学性能分析不足。为研究等直径膨胀套管下入过程中,在复合载荷作用下螺纹接头的力学行为,给螺纹接头的安全分析提供依据,采用三维有限元软件建立等直径膨胀套管特殊螺纹接头数值分析模型,分析了复合载荷对膨胀套管内、外螺纹牙上应力和变形位移分布规律的影响。分析结果表明:在轴向拉伸载荷作用下,随着载荷值逐渐增大,内、外螺纹牙应力值呈现先骤减而后处于逐渐减小的趋势,内螺纹根部出现变形量小、应力值较大的特征;载荷值相同时,承受轴向压缩载荷时螺纹牙上的应力要明显小于承受轴向拉伸载荷时螺纹牙上的应力,变形位移值仅为承受轴向拉伸载荷时螺纹牙上变形位移值的1/2;弯矩会增大螺纹牙上的变形位移,弯矩越大变形量越大,内螺纹根部越容易遭到破坏。研究结论可为等直径膨胀套管下入过程中螺纹接头安全分析提供理论依据。

一种无接箍直连型螺纹接头设计开发及应用

基于小井眼或固井间隙较小的油气井特殊环境,本文设计了一种管体外径较小,抗拉及抗压性能较好的无接箍直连型螺纹接头。首先,根据应用环境,确定了楔形螺纹接头的结构及齿顶过盈密封形式;其次,使用ANSYS有限元模拟分析在不同载荷包络线下螺纹接头的受力情况;最后,经过上卸扣试验、复合加载试验和失效试验评价了无接箍直连型螺纹接头性能。结果表明,通过使用ANSYS螺纹接头在不同受力下的情况进行有限元模拟分析,轴向载荷对螺纹接头最大接触压力影响较大,其中,拉伸载荷对螺纹接头齿形应力影响较大,最大接触压力越大,螺纹变形量也越大,螺纹变形量越大更容易造成螺纹密封泄漏内压对螺纹接头应力影响较大,温度和弯曲载荷对螺纹接头应力影响较小。经过试验验证,上卸扣测试接头无粘扣,密封测试无泄露,失效测试合格,螺纹接头满足使用要求。

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。

钻井顶驱保护接头断裂原因分析

某钻井队在钻井生产过程中,钻柱上部的顶驱保护接头发生了断裂失效事故。为了确定该顶驱保护接头的断裂原因,对该顶驱保护接头外螺纹的断口形貌进行了宏观和微观分析,对接头材料的力学性能和金相组织进行了试验分析。结果表明,失效的顶驱保护接头材料的理化性能符合API Spec 7-2—2017标准的要求,但其材料的纵向冲击功平均值低于技术规格书的要求。该顶驱保护接头由于其螺纹部位承受了较大的载荷,从而使螺纹根部发生了变形并形成脆性马氏体组织和微裂纹,随后在使用中该裂纹疲劳扩展,最终发生了断裂失效。

异锥度气密特殊螺纹油管接头密封特性研究

基于虚位移原理,建立了异锥度气密特殊螺纹接头(简称接头)的连接控制方程,并建立三维有限元模型,分析其在不同的机紧转矩和井下复杂工况条件下的力学响应特性。结果表明:在常见的工况下,接头的最大应力均小于材料的屈服应力;对于接头的密封结构,其主密封面的密封性能优于次密封面的密封性能;随着机紧转矩的增加,接头密封结构的平均接触压力与机紧转矩呈线性关系;轴向拉力和弯矩对接头密封结构的主、次密封面有不同程度的影响,但当机紧转矩值大于一定值后,其影响力将缓慢减弱并最终趋于稳定。分析结果对于接头的现场应用具有参考意义。

磨损对套管特殊螺纹强度及密封性能的影响

套管螺纹接头磨损是影响套管柱密封和结构完整性的重要原因之一。由于套管螺纹接头结构特点复杂,目前对套管螺纹接头在磨损工况下的力学性能研究较少。建立TPCQ套管特殊螺纹的有限元模型,分析内压、外压作用下磨损套管螺纹接头的应力分布和密封性能。结果表明:螺纹剩余强度随着磨损深度的增加而降低;当磨损深度达到4 mm时,抗内压强度、抗外挤强度和抗拉强度分别下降了22.9%、26.1%和18.2%,此时密封性能参数小于临界密封性参数,螺纹密封有泄漏风险。提出的方法可以量化评价磨损后套管螺纹接头的剩余强度及密封性能,为套管剩余强度评估和套管强度校核提供理论基础和技术依据。

基于正交试验的气密特殊螺纹油管接头密封性能研究

开发深海油气需要钻探大量超深井、大位移井,井下油管需要承受水下复合载荷的综合作用,这对气密特殊螺纹油管接头的密封性能提出挑战。以99.25 mm×6.45 mm气密油管特殊螺纹接头为研究对象,以密封面最大接触压力为考核指标,依据ISO 13679标准A系试验载荷包络线对正交优化试验结果进行密封性能分析。分析结果表明:密封面最大接触压力影响因素敏感性由大至小的顺序为:密封面角度>扭矩台肩角度>螺纹承载面角度>螺纹锥度>螺纹螺距;气密特殊螺纹油管接头参数最优组合为密封面角度10°、扭矩台肩角度-12°、螺纹承载面角度12°、螺纹锥度1∶18、螺纹螺距4.8 mm;优组后油管接头在ISO 13679标准A系试验载荷下各加载点密封性能良好。所得结果对气密特殊螺纹油管结构的进一步优化设计具有指导意义。

缝合复合材料T形连接件拉脱数值模拟

为研究缝线对缝合复合材料T形连接件拉脱承载能力的增强机理,建立了未缝合复合材料T形连接件的有限元模型,数值分析结果与已有实验数据吻合较好。同时根据缝合复合材料T形连接件在宽度方向上的平移对称性,通过在模型边界加入特定的边界条件建立了缝合T形连接件的简化模型来模拟结构的渐进损伤过程。在此基础上,进一步研究了缝线的位置和横截面积对T形连接件在拉脱载荷下力学性能的影响。结果表明:缝线位置越靠近三角区,缝线对结构最大承载能力的影响越大。当筋条和蒙皮缝合的位置处于三角区边缘时,较细的缝线会减弱结构的承载能力,而较粗的缝线则起大幅增强作用。

异体肌腱联合带线铆钉治疗Ⅲ型肩锁关节脱位远期疗效分析

目的 探讨异体肌腱联合带线铆钉治疗Ⅲ型肩锁关节脱位远期疗效。方法 选取2017年6月至2018年12月湖州市第一人民医院骨科收治的98例Ⅲ型肩锁关节脱位患者为研究对象,将入选患者根据治疗方式分为Dd组(带线铆钉治疗)和Lh组(异体肌腱联合带线铆钉治疗),比较两组患者手术时间、术中出血量、住院时间、喙锁间距,术前及术后3个月、6个月美国肩肘外科协会评分(rating scale of the American Shoulder and Elbow Surgeons,ASES)、视觉模拟评分法(visual analogue scale,VAS)评分;1年后复查两组患者关节功能恢复情况。结果 Lh组患者手术时间和住院时间均显著长于Dd组(P<0.05),术中出血量显著多于Dd组(P<0.05)。术后3个月、6个月,两组患者ASES评分均显著高于术前(P<0.05),VAS评分均显著低于术前(P<0.05),喙锁间距测定值均显著小于术前(P<0.05);Lh组患者ASES评分均显著高于同期Dd组(P<0.05),VAS评分均显著低于同期Dd组(P<0.05),喙锁间距测定值均显著低于同期Dd组(P<0.05)。两组患者术后1年肩关节功能比较,差异无统计学意义(P>0.05)。Lh组患者并发症总发生率显著低于Dd组(P<0.05)。结论 异体肌腱联合带线铆钉治疗Ⅲ型肩锁关节脱位效果好于单独应用带线铆钉治疗,联合治疗远期疗效较好,并发症发生率低。