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新型安全接头的设计及其强度分析

发布于:2016-04-17 20:40
强度分析

      随着国家对能源需求的日益增长,迫切需要采用深井、超深井钻井技术来勘探开发深部油气资源,目前我国陆上深井、超深井技术水平与美国相差很多,主要表现在高陡构造井斜严重,井下复杂情况和事故多,钻井周期长,费用高,先进的钻井、测井工具依赖于进口,其中井下钻具事故多是一个很突出的问题,而卡钻几乎又是钻进复杂地层的必出事故。处理严重的卡钻事故一般需经历通、套、倒3道环节,即用反螺纹钻杆倒螺纹、通井、套铣等。处理时间短则1个月,长则可达10月以上,费用少则几十万元,多则数百万元。更有严重者可导致该井报废,其损失巨大。探寻迅速解除卡钻事故的技术,大大降低事故损失是深井、超深井钻井工作的当务之急,其发展趋势就是不断研制和完善更加经济合理、更加科学的先进工具。本研究基于大量的钻井事故处理经验和措施,根据井下卡钻特点,研制了一种能很好地处理卡钻事故的新型随钻安全接头,并对其进行详细的强度分析
      常规安全接头如图所示,它主要由上接头、下接头和密封圈组成。其工作原理是锯齿形安全接头的宽锯齿形螺纹为左旋螺纹,相互间配合较松,上紧后靠凹凸斜面锁紧。当上、下接头锁紧后可传递轴向负荷和正向扭矩,尤如一个整体。当反转管柱时,首先使上下接头接触面解锁,使公母螺纹退开,上部管柱与被卡工具脱开。常规安全接头是上下接头的正螺纹联接,通常可满足处理卡钻事故的要求,但是工作不可靠,在偶然停钻时,钻柱弹性恢复,联接在不要求倒开时而倒开,钻柱沿井深各处的摩擦力是随机的,倒螺纹时不能保证联接处倒螺纹扭矩最大,从而不能保证在联接处倒开。
      a)设计要求根据钻井卡钻特点,确定卡钻频繁出现的部位,安装新型随钻安全接头。它既起到接头的连接作用,又可在特殊情况下,需要将其倒开时,随时可倒开。由于该随钻安全接头置于整个钻具的底部区域,且在钻进当中一直处于随钻状态,故需承受高泵压、高抗拉、高抗扭、高抗压(挂卡时要大力上提钻具,下钻当中可能出现突然的阻卡现象)等各种复杂受力。因此,要求该产品应具有较高的强度指标,并且要求一次性倒螺纹成功,安全可靠,不出现意外退螺纹使钻具掉落井底。保证各种技术数据齐全、准确,误差在要求范围之内。
      b)结构主要由上下接头、滑套、销钉和钢球组成,如图,上、下接头为反螺纹联接。
      c)工作原理在正常钻井作业中,它联接在钻具易卡部分的上端,当发生卡钻事故时,停钻、停泵,拆下回压阀以上工具(钻具内水眼需畅通),向钻具内投入钢球,接上方钻杆,开泵瞥压使钢球入座滑套上端,由于泵压的上升,推动中心滑套剪断定压定位销钉,使中心滑套上月牙键脱离键槽,当泵压下降后停泵,然后正转钻具,使上下反螺纹接头处分开,提升、取出钻具。再进行套铣、打捞工作。在钻井过程中,一旦发生活动钻具无法解除的卡钻事故,可利用该产品的独特优势,迅速从卡点处将卡点上部钻具倒出,从而将钻井卡钻事故转化为井下落物事故,大大地简化了事故处理的工艺措施,缩短了事故处理的时间。同时将事故处理的损失降低到最小,最终达到提高钻井速度,降低钻井成本的目的。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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