山地丘陵地區(qū)便攜式鉆機鉆桿接頭防松器設計與使用

偏心鉆桿接頭的設計

一種防卡型鉆桿接頭

隨著鉆井技術的進步,要求鉆桿接頭可傳遞更大的扭矩以適應各種復雜的工作環(huán)境,因此對其抗扭性能研究變得尤為重要。為此,設計了一種新型雙臺肩鉆桿接頭。與一般的雙臺肩鉆桿接頭相比,新型鉆桿接頭增加了外螺紋接頭和內螺紋接頭圓柱孔部分的長度,使得鉆桿接頭可以保證鉆桿在井下傳遞更大的扭矩而不發(fā)生失效。利用有限元軟件建立了api標準接頭和新型雙臺肩鉆桿接頭的有限元分析模型。由有限元計算結果可知,新型雙臺肩鉆桿接頭的抗扭能力明顯高于api標準接頭,可傳遞更大的扭矩。油田中應用也表明新型雙臺肩鉆桿接頭的性能優(yōu)于api標準接頭。

該文對一種鑿巖機械的自動換桿庫進行設計說明,強調其機械結構的組成與換、卸桿動作順序,闡述其設計優(yōu)勢。

鉆桿接頭和轉換接頭失效的形式主要有過量變形、斷裂和表面損傷三類。其中斷裂失效表現(xiàn)為過載斷裂、低應力脆斷、應力腐蝕、氫脆斷、疲勞和腐蝕疲勞斷裂。它們產生的原因和破壞發(fā)生的特點都不一。文內以5個例證分別進行分析,并提出預防的措施。

分析了某井一批雙臺肩鉆桿接頭開裂失效事故。試驗分析表明,裂紋主要位于外螺紋臺肩面附近的頸部和第1~3牙螺紋根部,具有沿晶、分枝擴展特征。掃描電鏡斷口形貌和能譜分析結果證實該批鉆桿接頭屬于h2s應力腐蝕開裂,導致接頭開裂的主要原因是鉆桿接頭材料強度和硬度偏高,鉆桿接頭內徑偏大,使失效部位的應力水平增大,且鉆桿接頭本身承受扭矩過大。分析結果對雙臺肩接頭的研究開發(fā)和使用具有很好的參考價值。

本文介紹了一種新型的雙臺肩鉆桿接頭的結構、原理和應用情況。并以實例說明了該接頭在提高抗扭強度、降低鉆井時的水力損失和增加鉆桿靈活性等方面的作用。

本文介紹了一種新型的雙臺肩鉆桿接頭的結構、原理和應用情況，并以實例說明了該接頭在提高抗扭強度，降低鉆井時的水力損力和增加鉆桿靈活性等方面的作用。

隨著陸地鉆機在石油開采等行業(yè)中的普遍應用,讓企業(yè)工作效率得到了很大的提高。不過隨著鉆孔深度的增加,鉆機鉆桿起升成為了一個技術性較強的工作環(huán)節(jié),從目前來看,我國部分企業(yè)仍舊采用氣動絞車或吊車來實現(xiàn)鉆桿的起升,這樣不僅存在一定的不穩(wěn)定性,同時工作效率也較低。本文從陸地鉆機的角度出發(fā),在傳統(tǒng)鉆桿起升基礎上,對陸地鉆機鉆桿自動起升系統(tǒng)的設計與優(yōu)化進行探討與思考。

針對鉆桿接頭反臺肩處存在的外加厚過渡不全及幾何缺陷,在靜態(tài)純彎曲條件下,用電阻應變片測試了所引起的應力集中系數(shù).通過彎曲疲勞試驗對鉆桿使用壽命的影響規(guī)律進行了試驗研究.結果表明,這種缺陷對鉆桿壽命影響很大,在臺肩深度相同時,缺陷半徑越小,鉆桿壽命越短.對鉆桿接頭缺陷的檢驗標準與鉆桿的分級管理提出了合理建議.

通過化學成分分析、力學性能測試、組織結構分析和高溫高壓模擬試驗,對127mm(5″)s135鉆桿接頭內壁出現(xiàn)劃痕、凹槽和腐蝕三種失效形式,鉆桿的腐蝕速率和腐蝕產物進行分析研究。結果表明:該鉆桿接頭的材料性能符合相關標準要求,鉆桿接頭腐蝕機理是氧腐蝕,腐蝕產物主要是fe3o4和feooh,劃痕和凹槽是由于使用不當和卡槽所致。

文章介紹了等離子弧焊的原理、設備及關鍵技術;總結了等離子弧焊的主要特點;提出增加送絲機,組成既可送粉焊接又可送絲焊接的兩用設備。

在每年發(fā)生的鉆桿失效事故中約40%是其內螺紋接頭直角臺肩根部的疲勞開裂。對鉆桿接頭水眼結構及其疲勞強度的研究發(fā)現(xiàn),內螺紋接頭水眼結構尺寸明顯影響直角臺肩根部的應力水平,直角臺肩根部的壁厚是影響該部位疲勞強度的主要因素。鑒于api標準和我國行業(yè)標準均沒有規(guī)定內螺紋接頭的內徑尺寸這一狀況,應用力學計算、有限元分析及全尺寸疲勞試驗方法優(yōu)化設計了鉆桿內螺紋接頭合理的水眼結構尺寸,現(xiàn)場試驗和現(xiàn)場調查均表明這種合理結構接頭的直角臺肩根部不再發(fā)生疲勞刺漏,其疲勞強度大于鉆桿管體。

針對石油鉆井關鍵產品高強度鉆桿接頭的使用要求,在保證強度指標要求非常高的前提下,研究摸索增加高溫正火后再調質的工藝方法,以改善接頭材料原始微觀帶狀組織和纖維結構,細化晶粒,提高鉆桿接頭的沖擊功,使該產品力學性能達到api標準的要求。

鉆桿接頭的優(yōu)化處理需要從很多方面進行考慮,這就要求在材料和熱處理方面必須進行嚴格的規(guī)定。這樣才能保證接頭的韌性和強度要求,達到延長壽命的要求。本文結合鉆桿接頭的損壞原因作了一些分析,提出了相應的處理方法,并對鉆桿接頭進行優(yōu)化設計,來達到增加鉆桿疲勞壽命的的目的。

專利號：zl200620044752．9 專利權人：寶山鋼鐵股份有限公司 設計人：趙鵬

鉆桿接頭是石油鉆柱的重要組成部分,而耐蝕性是鉆桿接頭性能的重要指標。通過硫酸銅點滴試驗,研究了磷化液的游離酸度、總酸度、酸比、磷化時間和溫度對鉆桿接頭磷化膜耐蝕性的影響,得出各參數(shù)的最佳范圍。結果表明:控制磷化液的游離酸度12～15點,總酸度140～170點,酸比10～11,磷化溫度75℃左右,磷化時間20～25min,所得磷化膜耐腐蝕性能最佳。

鉆桿受到鉆井液的沖蝕會有不同程度的損傷,若在鉆桿接頭部位出現(xiàn)沖蝕坑就可能使鉆桿失效,引發(fā)鉆井事故。鑒于此,通過試驗分析了鉆井液流量、粘度、密度、鉆井液中固相顆粒體積分數(shù)及固相顆粒粒徑對鉆桿接頭沖蝕量的影響規(guī)律。結果表明,鉆井液密度對鉆桿接頭的沖蝕影響基本可以忽略;鉆井液流量與粘度的增大會導致沖蝕量增大;固相顆粒是造成鉆桿接頭沖蝕的主要原因,固相顆粒體積分數(shù)的增大與粒徑的減小均會導致沖蝕量增加。沖蝕量較大的位置在鉆桿內外接頭結合處、公接頭與鉆桿本體焊接后端臺階處以及公接頭出口處。因此,應在強度等條件允許的情況下,改進鉆桿接頭部分的結構與尺寸,使流動平穩(wěn)地過渡,防止因截面突變而引起渦流的產生或流速的加快,以盡量減少沖蝕量;在鉆井過程中,應當采取切實有效的措施加強對固相的控制。

鉆機駕駛員完成鉆孔作業(yè)后,需將鉆桿完全提出地面,再進行行車操作,但有時鉆機駕駛員由于疏忽違反操作規(guī)程,在鉆桿未完全提出地面之前,就進行行車操作,容易導致鉆桿被拉彎機械事故的發(fā)生。通過對dm30型鉆機鉆孔工作方式及行走液壓系統(tǒng)進行分析,采用非接觸式檢測元件對鉆桿位置進行實時檢測,利用檢測元件的輸出信號控制行走系統(tǒng)先導油路電磁閥,進而控制行走液壓系統(tǒng),確保鉆桿在未提出地面之前鉆機不能行走,避免發(fā)生鉆桿被拉彎機械事故,在實際應用中取得了較好的效果。

常用鉆頭、鉆桿接頭、鉆鋌螺紋尺寸表 序 號 鉆頭、鉆桿、 鉆鋌規(guī)格 螺紋 代號 螺紋 牙型 螺 距 (mm) 錐 度 傾 斜 角 外螺紋 錐體大 端大徑 (mm) 外螺紋 錐體 長度 (mm) 內螺紋有 效螺紋最 小長度 （mm） 內螺紋 錐體 長度 (mm) 內螺紋 鏜孔大 端直徑 (mm) 內螺紋錐 體在端面 小徑 (mm) 1φ89鉆鋌23/8if/nc26 v0.065 6.351:64°45′48″73.05076.279.492.174.667.78 2φ73鉆桿/ φ105鉆鋌 27/8if-nc31 -211/2106.351:64°45′48″86.13188.992.1104.887.780.86 3φ89鉆桿/ φ121鉆鋌/ φ127鉆鋌 31/2if-nc38 -

通過力學性能測試、化學成分分析、金相檢驗和斷口分析等方法對某井發(fā)生的鉆桿接頭臺肩根部刺漏失效原因進行了分析。結果表明:材料沖擊功低于標準要求,接頭臺肩根部受到嚴重腐蝕,形成大而深的腐蝕坑,在交變應力作用下,裂紋萌生于腐蝕坑底部,并迅速擴展,最終導致鉆桿接頭發(fā)生早期腐蝕疲勞失效。

對石油鉆桿接頭水淬熱處理技術進行了研究分析。介紹了水基淬火和油基淬火后石油鉆桿接頭的硬度、硬度均勻性的對比試驗;不同條件下的淬火液對鉆桿接頭冷卻速度的影響。研究表明,水基淬火方式能更好地提高鉆桿接頭馬氏體化程度,從而提高淬火質量。