隨著油氣井鉆探難度和深度的增加,鉆桿接頭所需的抗扭強度、疲勞壽命和傳遞水力效率要求越來越高。通過增加接頭內(nèi)徑提高水力效率,通過減小錐度提高抗扭強度,通過加大磨損余量增加使用壽命,優(yōu)化了新型V-50R螺紋牙型結(jié)構(gòu),并設(shè)計了一種新型雙臺肩鉆桿接頭。結(jié)果表明:在復合載荷作用下,相較于NC50接頭和GPDS 50接頭,所設(shè)計的新型雙臺肩接頭最大von Mises應(yīng)力分別減小16.26%和19.04%,減緩應(yīng)力集中效果更佳;抗扭強度分別增加76.4%和27.7%,抗扭強度更高;水眼直徑分別增加11.67%和21.73%,水力效率更大。優(yōu)化設(shè)計的雙臺肩鉆桿接頭可應(yīng)用于深井超深井鉆具中,也可為鉆桿接頭及相關(guān)油井管接頭改進設(shè)計提供參考。 

【文章來源】：中國科技論文. 2020,15(09)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

外螺紋長度與抗扭強度的關(guān)系

為使接頭的有限元分析結(jié)果更為準確,所劃分的網(wǎng)格應(yīng)盡量滿足小尺寸、多數(shù)量。采用分塊網(wǎng)格劃分的方式將NC50接頭、GPDS 50接頭和新型雙臺肩接頭分別劃分為16 633、16 394和16 305個單元。單元類型選取二次Tet單元,可使鉆桿接頭在較大變形和臺肩面接觸分析時精確度更高。網(wǎng)格劃分后,3種接頭有限元網(wǎng)格模型分別如圖2所示,其彈性模量設(shè)為2.06×105MPa,泊松比為0.29,屈服強度為931 MPa,螺紋嚙合面和臺肩配合面摩擦系數(shù)取值為0.08,外接頭端面進行軸向固定約束[17-18]。3 復合載荷下3種接頭應(yīng)力特征對比

根據(jù)上扣扭矩計算公式[12]得出GPDS50接頭上扣扭矩為65.5 kN·m,新型雙臺肩接頭上扣扭矩為86.09 kN·m,API標準NC50接頭的上扣扭矩為51.57 kN·m。首先對3種接頭施加對應(yīng)的上扣扭矩,再分別提供1 000 kN的軸向拉伸載荷,實現(xiàn)鉆桿接頭在復雜載荷作用下的應(yīng)力特征分析。其中,由于作用在3種接頭的內(nèi)接頭端面橫截面積不同,導致軸向拉伸載荷作用產(chǎn)生的壓強也有所差異,換算后NC50接頭、GPDS 50接頭、新型雙臺肩接頭壓強分別為59.24、56.56、51.27 MPa。復合載荷下3種接頭的von Mises應(yīng)力分布如圖3所示。3.1 各螺紋齒根von Mises應(yīng)力峰值及其應(yīng)力集中系數(shù)對比


本文編號：3404609