煤矿钻探用钻杆疲劳寿命预测研究

发布时间：2021-06-10 16:33

　　目前矿用钻杆在煤矿井下施工疲劳寿命预测困难,无报废标准和报废依据,导致煤矿井下钻杆断裂事故频发,严重影响煤矿井下勘探钻孔、瓦斯抽采钻孔、探放水钻孔的施工安全和施工进度。矿用钻杆的工况条件复杂,基于弹塑性力学无法对钻杆疲劳寿命、断裂失效原因、结构工艺的优化提高进行可靠研究;通过综合钻杆所受到转矩、弯矩、轴向力以及井壁的约束作用力等复合载荷条件建立钻杆约束模型,提出基于断裂力学和损伤力学、运用解析法和有限元分析方法对钻杆的疲劳寿命进行研究,并基于研发的钻杆动态性能试验系统对钻杆的疲劳寿命进行试验,提出矿用钻杆疲劳寿命预测研究方法,为钻探施工和钻杆的设计提供依据。结果表明:按照现有钻杆杆体、螺纹的加工工艺,73型钻杆在转矩4 000 N·m,施工钻孔终孔直径为96 mm时,通过钻杆动态性能试验系统对钻杆的疲劳寿命进行试验,钻杆的疲劳寿命为5.32×10⁵～4.78×10⁵转,疲劳寿命与所建立的钻杆疲劳寿命预测模型一致,钻杆疲劳寿命最小位置在公螺纹处,杆体在受到1 mm以下划痕对钻杆整体疲劳寿命无影响。 

【文章来源】：煤炭科学技术. 2020,48(06)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

钻杆公接头和母接头应力分布

钻杆疲劳寿命敏感曲线如图6所示，为加载载荷在初始载荷u倍、转速1/u倍时钻杆的疲劳寿命。由图6可知，在钻杆的加载载荷0.8倍以下时，钻杆的疲劳寿命超过1.0×106转，钻杆达到无限疲劳寿命，认为载荷在小于此载荷条件下不会损伤钻杆的疲劳寿命。当对钻杆施加的载荷超过初始载荷的1.9倍时，钻杆的疲劳寿命低于5×104转，钻杆为低周疲劳寿命阶段，对钻杆疲劳寿命损伤严重，不能在此种载荷下工作。4 钻杆疲劳寿命试验

基于ZS-25000钻杆动态性能试验系统(图7)，对钻杆疲劳寿命进行加载、试验，试验系统有转矩加载系统、轴向力加载系统、径向力加载系统、转速控制系统，并设置有转矩转速传感器、拉压传感器、位移传感器检测控制加载输出。4.2 试验方案

【参考文献】：
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本文编号：3222732