本文關(guān)鍵詞：鋁合金鉆桿與鋼接頭冷組裝試驗(yàn)研究

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【摘要】：隨著石油和天然氣工業(yè)及地質(zhì)勘探業(yè)的急劇發(fā)展,鉆探深度不斷增加,對(duì)鉆桿的性能也提出了更高的要求。傳統(tǒng)的油氣工業(yè)和地質(zhì)鉆探中普遍使用鋼制鉆桿,在一些特殊的鉆井條件下,如在超深井、高腐蝕介質(zhì)井中經(jīng)常發(fā)生摩擦熱裂、應(yīng)力腐蝕斷裂、氫脆等問題。相比于鋼鉆桿,鋁合金鉆桿材料本身特有的物理力學(xué)性能使其可以更好的替代鋼制鉆桿完成深井、超深井及水平井、大位移井的鉆進(jìn)工作。與鋼鉆桿相比,鋁合金鉆桿的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在其良好的物理性能、質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、耐酸性腐蝕、磨阻小以及無磁特性等幾個(gè)方面。鋁合金鉆桿可以適用于惡劣的鉆井環(huán)境并大幅度減輕大鉤負(fù)載,使其在大直徑油氣井、超深井、超短半徑水平定向井、大位移井等鉆進(jìn)作業(yè)中備受矚目。但鋁合金硬度較低、耐磨性差,難以頻繁的擰卸鉆桿,因此需要在鋁合金鉆桿的兩端通過過盈配合連接鋼接頭,以減輕因頻繁起下鉆擰卸鉆桿對(duì)鋁合金鉆桿的損傷,同時(shí)可以在一定程度上減輕鋁合金鉆桿與井壁的接觸摩擦,從而提高鋁合金鉆桿的使用壽命和經(jīng)濟(jì)效益。為了保證鋁合金鉆桿與鋼接頭的可靠連接,需要通過過盈配合連接提供一定的相互壓緊的壓力,形成可靠牢固的靜配合。傳統(tǒng)的做法是采用“熱組裝”方法,即將鋼接頭加熱至300-400℃,然后擰接到鋁合金管體上,冷卻后即可實(shí)現(xiàn)過盈配合連接。為減輕高溫對(duì)鋁合金性能的影響,需配備冷卻系統(tǒng),但增加了組裝工藝及組裝設(shè)備的復(fù)雜性。本文對(duì)鋁合金鉆桿與鋼接頭的“冷組裝”工藝技術(shù)進(jìn)行了研究。即利用液氮深冷處理鋁合金管體螺紋段,然后快速擰接到處于室溫狀態(tài)的鋼接頭上,實(shí)現(xiàn)二者之間的過盈配合連接。為方便實(shí)現(xiàn)對(duì)組裝件的力學(xué)性能檢測(cè),本文以直徑為Ф50mm、壁厚為5mm的7xxx系鋁合金鉆桿及直徑為Ф58mm的鋼接頭為研究對(duì)象。利用彈性力學(xué)理論計(jì)算出對(duì)上述尺寸的鋁合金鉆桿桿體和鋼接頭實(shí)現(xiàn)可靠連接的過盈量應(yīng)為mm3214.0mm0960.0≤≤δ,并計(jì)算確定了為實(shí)現(xiàn)上述過盈量所需要的冷卻溫度和冷卻時(shí)間。利用液氮汽化深冷處理箱作為鋁合金鉆桿冷卻裝置,采用手動(dòng)擰接方式,對(duì)設(shè)計(jì)過盈量分別為0.1mm、0.15mm、0.2mm的Ф50mm鋁合金鉆桿和Ф58mm鋼接頭進(jìn)行了冷組裝試驗(yàn),組裝過程時(shí)間為15—20秒。為評(píng)價(jià)冷組裝連接的效果,對(duì)組裝件進(jìn)行了拉伸和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn),并對(duì)拉伸和扭轉(zhuǎn)斷口進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,過盈量為0.15mm的鋁合金鉆桿和鋼接頭組裝件力學(xué)性能最為優(yōu)秀,可承受最大拉伸力296.32KN,最大扭矩4162 N?m,斷裂基本都發(fā)生在鋁合金初始螺紋第一扣處,說明此處是鉆桿與接頭最為薄弱的環(huán)節(jié)。在對(duì)小直徑鋁合金鉆桿與鋼接頭冷組裝研究的基礎(chǔ)上,對(duì)直徑Ф147mm、長度9.1m的全尺寸鋁合金鉆桿進(jìn)行了冷組裝連接,并對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行了檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行了鋁合金鉆桿的實(shí)際鉆進(jìn)試驗(yàn)。在試驗(yàn)過程中,鋁合金鉆桿累計(jì)進(jìn)尺765m,貫穿了試驗(yàn)井的直井段、造斜段、增斜段和穩(wěn)斜段,成功適應(yīng)了該定向井的復(fù)雜井身結(jié)構(gòu),連續(xù)使用38小時(shí),并無任何安全事故發(fā)生,最終安全提鉆,完全滿足該井鉆進(jìn)需求。鉆進(jìn)效率20.1m/h。提鉆后發(fā)現(xiàn)鋁合金鉆桿桿體和鋼接頭連接可靠,沒有發(fā)生斷裂現(xiàn)象。
【關(guān)鍵詞】：鋁合金鉆桿 鋼接頭 過盈配合 冷組裝
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P634.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• abstract6-12
• 第1章 緒論12-19
• 1.1 課題背景12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 鋁合金鉆桿國外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 鋁合金鉆桿國內(nèi)研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容18-19
• 第2章 鋁合金鉆桿及組裝工藝介紹19-27
• 2.1 鋁合金鉆桿的主要特點(diǎn)19-20
• 2.1.1 鋁合金鉆桿材料要求19-20
• 2.1.2 鋁合金鉆桿的優(yōu)點(diǎn)20
• 2.2 鋁合金鉆桿的生產(chǎn)流程20-21
• 2.3 鋁合金鉆桿桿體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21-23
• 2.4 深冷處理技術(shù)簡介23-24
• 2.5 鋁合金鉆桿與鋼接頭組裝工藝介紹24-26
• 2.5.1 鋁合金鉆桿桿體與鋼接頭熱組裝法24-26
• 2.5.2 鋁合金鉆桿桿體與鋼接頭冷組裝法26
• 2.6 本章小結(jié)26-27
• 第3章 鋁合金鉆桿與鋼接頭過盈配合理論計(jì)算27-34
• 3.1 過盈量的確定27-30
• 3.2 鋁合金鉆桿冷卻溫度及時(shí)間的確定30-33
• 3.2.1 鋁合金鉆桿冷卻溫度計(jì)算30-31
• 3.2.2 鋁合金鉆桿冷卻時(shí)間計(jì)算31-33
• 3.3 本章小結(jié)33-34
• 第4章 鋁合金鉆桿冷組裝室內(nèi)試驗(yàn)研究34-51
• 4.1 鋁合金鉆桿冷組裝試驗(yàn)主要設(shè)備34-37
• 4.2 Φ50mm鋁合金鉆桿冷組裝實(shí)驗(yàn)37-40
• 4.3 Ф50mm鋁合金鉆桿拉伸試驗(yàn)40-46
• 4.3.1 拉伸試驗(yàn)設(shè)備41-42
• 4.3.2 抗拉試驗(yàn)42-44
• 4.3.3 拉伸斷裂結(jié)果分析44-46
• 4.4 Ф50mm鋁合金鉆桿抗扭實(shí)驗(yàn)46-50
• 4.4.1 抗扭試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)材料46-48
• 4.4.2 抗扭試驗(yàn)48-50
• 4.5 本章小結(jié)50-51
• 第5章 Φ147mm鋁合金鉆桿冷組裝及入井實(shí)鉆試驗(yàn)51-66
• 5.1 Φ147mm鋁合金鉆桿的設(shè)計(jì)51-54
• 5.1.1 鋁合金鉆桿與鋼接頭的設(shè)計(jì)51-53
• 5.1.2 鋁合金鉆桿與鋼接頭性能參數(shù)53-54
• 5.2 Ф147mm鋁合金鉆桿全尺寸冷組裝試驗(yàn)54-55
• 5.3 鋁合金鉆桿入井實(shí)鉆55-65
• 5.3.1 試驗(yàn)設(shè)備的選擇55-59
• 5.3.2 試驗(yàn)地層和油層59-60
• 5.3.3 鉆井液設(shè)計(jì)及性能參數(shù)60-61
• 5.3.4 鉆具組合設(shè)計(jì)61-62
• 5.3.5 鉆進(jìn)參數(shù)62-63
• 5.3.6 結(jié)果分析63-65
• 5.4 本章小結(jié)65-66
• 第6章 結(jié)論與展望66-68
• 6.1 結(jié)論66-67
• 6.2 展望67-68
• 參考文獻(xiàn)68-73
• 作者簡介及科研成果73-74
• 致謝74

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本文編號(hào)：1014907