铝合金钻杆尺寸与缺陷自动化检测装置的研制

为了填补我国铝合金钻杆检测技术与装备的空白,作者设计了铝合金钻杆尺寸与缺陷自动化检测装置,该装置由底架机构、支撑机构、测量机构、视频检测机构电控柜和操作台等部分组成。底架机构是铝合金钻杆检测装置的整体支撑机构,在承受钻杆重量的同时还要保证支撑机构、测量机构和视频检测机构的平稳运行;支撑机构是铝合金钻杆的支撑和动力机构,在钻杆检测过程中主要起到承载钻杆、带动钻杆沿轴向平移和转动的作用;测量机构用来测量铝合金钻杆外形尺寸,可测量钻杆不同点位的外径和壁厚;视频检测机构则用来观察铝合金钻杆,以判断钻杆内表面是否存在缺陷。配合电控柜和操作台,便可以实现铝合金钻杆直径、壁厚和内腔表面质量的自动化检测。

组装工艺对铝合金钻杆性能的影响及自动化组装装置研制

为了满足日益增长的深部钻探对钻杆的性能要求,需要研制可以适应极端工况的轻质高强度钻杆。铝合金钻杆具有密度小、比强度高、耐腐蚀性强等优点,但耐磨性和螺纹强度不足。在实际使用过程中,铝合金钻杆需配合钢接头一起使用,主要由钢接头承受拧卸力。目前国内外的铝合金钻杆组装技术主要有预扭矩法、热组装技术和冷组装技术。热组装技术在实际应用中表现出更适合深孔钻井铝合金钻杆的特性,但组装过程中的高温会降低铝合金杆体螺纹部位的强度。本文对铝合金钻杆杆体与钢接头热组装过程中的实际温度进行了测量试验,试验结果表明外冷却可以避免铝合金钻杆杆体螺纹部位较长时间处于较高温度,而内冷却可以使螺纹部位的最高温度降低25℃左右。对螺纹连接部位做轴向拉伸有限元分析,通过公式拟合得出螺纹根部最大应力与轴向拉力之间的关系,公式计算表明热组装过程中存在的高温会使铝合金钻杆最大轴向拉力下降约65 kN。由试验与模拟结果可见内外冷却机构对于热组装装置的重要性,作者结合前期工作,介绍一套全尺寸铝合金钻杆杆体和钢接头自动化过盈热组装装置的研制。