發(fā)布時間：2017-03-23 00:05

  本文關(guān)鍵詞：新型高強(qiáng)度鉆桿的優(yōu)化設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著油氣井鉆探的深度和難度不斷增加,深井、超深井、水平井等復(fù)雜鉆井在國內(nèi)外勘探開發(fā)中所占比例越來越大,復(fù)雜鉆井作業(yè)對鉆桿的性能提出了越來越高的要求。本文利用有限元分析方法和API RP 7G推薦的理論強(qiáng)度計算公式,以提高強(qiáng)度、減緩應(yīng)力集中和提高水力性能為優(yōu)化設(shè)計目標(biāo),分別對鉆桿接頭結(jié)構(gòu)和鉆桿管體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,主要研究內(nèi)容如下：(1)分析了V150鋼級新型高強(qiáng)度管材用于鉆具的適用性。分別對V150鋼級管材和API標(biāo)準(zhǔn)S135鋼級管材進(jìn)行了常規(guī)力學(xué)性能測試和抗環(huán)境開裂性能測試,測試結(jié)果表明,V150鋼級新型高強(qiáng)度管材在機(jī)械強(qiáng)度方面相較S135鋼級管材有明顯的提升,在抗環(huán)境腐蝕開裂性能方面不低于S135鋼級管材。(2)選取了兩種具有代表性的鉆桿接頭,進(jìn)行了復(fù)合載荷作用下的有限元分析,對比了兩種鉆桿接頭的應(yīng)力分布特征,并從鉆桿接頭螺紋嚙合段的承載均勻性和螺牙齒根應(yīng)力集中系數(shù)兩方面對比了兩種鉆桿接頭結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能,分析結(jié)果為新型接頭的設(shè)計指明了方向,并提供了參照。(3)以提高接頭抗扭強(qiáng)度、增加磨損余量、減緩應(yīng)力集中和增大水眼直徑為優(yōu)化設(shè)計目標(biāo),通過對鉆桿接頭結(jié)構(gòu)參數(shù)以及接頭結(jié)構(gòu)特征的分析,設(shè)計出了新型高強(qiáng)度大水眼雙臺肩接頭。理論計算表明,新型雙臺肩接頭的理論抗扭強(qiáng)度比GPDS 50接頭提高了27.7%,比API NC50接頭提高了76.4%；除具有更高的抗扭強(qiáng)度外,新型雙臺肩鉆桿接頭還具有更大的水眼直徑和更大的磨損余量；有限元分析表明,新型雙臺肩接頭螺紋齒根應(yīng)力峰值和螺紋齒根的應(yīng)力集中系數(shù)比GPDS 50接頭更低。(4)以提高抗拉抗、扭復(fù)合強(qiáng)度和降低水力壓耗為目標(biāo),通過分析鉆桿管體尺寸對強(qiáng)度和水力壓耗的影響,設(shè)計了新型高強(qiáng)度低壓耗鉆桿管體；通過拉、扭、彎復(fù)合載荷下對加厚過渡區(qū)結(jié)構(gòu)的三維有限元分析,優(yōu)選了加厚過渡區(qū)結(jié)構(gòu)的R值和Mill值,減緩了新型鉆桿管體加厚過渡區(qū)的應(yīng)力集中。以上研究提供了一整套鉆桿優(yōu)化設(shè)計的方法,包括鉆桿選材、鉆桿結(jié)構(gòu)設(shè)計和鉆桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化等,可以根據(jù)不同的優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)設(shè)計出具有不同性能或不同用途的鉆桿,為新型鉆桿的優(yōu)化設(shè)計提供了參考。
【關(guān)鍵詞】：高強(qiáng)度鉆桿 雙臺肩接頭 加厚過渡區(qū) 應(yīng)力集中 有限元分析
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE921.2
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 研究背景及意義8
• 1.2 新型鉆桿產(chǎn)品的國內(nèi)外調(diào)研8-11
• 1.2.1 格蘭特公司鉆桿接頭產(chǎn)品調(diào)研9-10
• 1.2.2 渤海能克鉆桿有限公司特色鉆桿調(diào)研10-11
• 1.3 基于有限元的鉆桿結(jié)構(gòu)力學(xué)分析研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3.1 鉆桿接頭有限元分析研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3.2 鉆桿加厚過渡區(qū)有限元分析研究現(xiàn)狀14
• 1.4 論文的研究內(nèi)容及技術(shù)路線圖14-16
• 第2章 高強(qiáng)度管材的材料特性及用于鉆具的可行性16-26
• 2.1 高強(qiáng)度管材的常規(guī)力學(xué)性能測試與分析16-20
• 2.1.1 拉伸力學(xué)性能測試與分析16-18
• 2.1.2 沖擊韌性性能測試與分析18-20
• 2.2 高強(qiáng)度管材的抗環(huán)境開裂性能測試與分析20-25
• 2.2.1 抗環(huán)境開裂性能測試實驗方法20-23
• 2.2.2 抗環(huán)境開裂性能測試實驗結(jié)果23-25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 第3章 復(fù)合載荷下鉆桿接頭的有限元分析26-42
• 3.1 有限元分析中的非線性問題26-27
• 3.2 復(fù)合載荷下API鉆桿接頭的有限元分析27-33
• 3.2.1 API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭有限元模型27-28
• 3.2.2 上扣扭矩的施加方法28-29
• 3.2.3 上扣扭矩作用下API鉆桿接頭受力特征分析29-31
• 3.2.4 拉扭復(fù)合作用下API鉆桿接頭應(yīng)力特征分析31-33
• 3.3 復(fù)合載荷下雙臺肩鉆桿接頭的有限元分析33-37
• 3.3.1 雙臺肩鉆桿接頭有限元模型33-34
• 3.3.2 上扣扭矩作用下雙臺肩鉆桿接頭受力特征分析34-36
• 3.3.3 拉扭復(fù)合作用下雙臺肩接頭的應(yīng)力特征分析36-37
• 3.4 API NC50鉆桿接頭與GPDS 50鉆桿接頭有限元結(jié)果的對比分析37-41
• 3.4.1 兩種接頭螺紋載荷分布的對比分析37-39
• 3.4.2 兩種接頭螺紋結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中的對比分析39-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第4章 新型高強(qiáng)度大水眼雙臺肩鉆桿接頭的優(yōu)化設(shè)計42-58
• 4.1 影響鉆桿接頭抗扭強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)參數(shù)分析42-45
• 4.1.1 API標(biāo)準(zhǔn)鉆桿接頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)42-44
• 4.1.2 雙臺肩接頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)44-45
• 4.2 雙臺肩螺紋接頭結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計45-48
• 4.3 螺紋牙型結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計48-50
• 4.4 復(fù)合載荷下新型雙臺肩鉆桿接頭的力學(xué)特征分析50-57
• 4.4.1 新型雙臺肩鉆桿接頭軸對稱有限元模型50
• 4.4.2 上扣扭矩作用下新型雙臺肩接頭受力特征分析50-52
• 4.4.3 拉扭復(fù)合作用下新型雙臺肩接頭的應(yīng)力特征分析52-54
• 4.4.4 新型雙臺肩接頭與GPDS 50接頭的對比分析54-57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 第5章 新型高強(qiáng)度低壓耗鉆桿管體的優(yōu)化設(shè)計58-77
• 5.1 新型高強(qiáng)度低壓耗鉆桿管體尺寸的優(yōu)選58-68
• 5.1.1 鉆桿管體尺寸對管體強(qiáng)度的影響分析58-64
• 5.1.2 鉆桿管體尺寸對水力性能的影響分析64-66
• 5.1.3 鉆桿管體尺寸的優(yōu)選66-68
• 5.2 鉆桿加厚過渡帶的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計68-75
• 5.2.1 鉆桿加厚過渡區(qū)有限元模型68-69
• 5.2.2 不同載荷工況對加厚過渡區(qū)應(yīng)力分布的影響69-70
• 5.2.3 加厚過渡區(qū)R值和M_(ill)值的優(yōu)選70-75
• 5.3 本章小結(jié)75-77
• 第6章 結(jié)論77-78
• 致謝78-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 攻讀學(xué)位期間獲得的學(xué)術(shù)成果83

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