新型高强度钻杆的优化设计

发布时间：2017-03-23 00:05

  本文关键词：新型高强度钻杆的优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着油气井钻探的深度和难度不断增加,深井、超深井、水平井等复杂钻井在国内外勘探开发中所占比例越来越大,复杂钻井作业对钻杆的性能提出了越来越高的要求。本文利用有限元分析方法和API RP 7G推荐的理论强度计算公式,以提高强度、减缓应力集中和提高水力性能为优化设计目标,分别对钻杆接头结构和钻杆管体结构进行了优化设计,主要研究内容如下：(1)分析了V150钢级新型高强度管材用于钻具的适用性。分别对V150钢级管材和API标准S135钢级管材进行了常规力学性能测试和抗环境开裂性能测试,测试结果表明,V150钢级新型高强度管材在机械强度方面相较S135钢级管材有明显的提升,在抗环境腐蚀开裂性能方面不低于S135钢级管材。(2)选取了两种具有代表性的钻杆接头,进行了复合载荷作用下的有限元分析,对比了两种钻杆接头的应力分布特征,并从钻杆接头螺纹啮合段的承载均匀性和螺牙齿根应力集中系数两方面对比了两种钻杆接头结构的力学性能,分析结果为新型接头的设计指明了方向,并提供了参照。(3)以提高接头抗扭强度、增加磨损余量、减缓应力集中和增大水眼直径为优化设计目标,通过对钻杆接头结构参数以及接头结构特征的分析,设计出了新型高强度大水眼双台肩接头。理论计算表明,新型双台肩接头的理论抗扭强度比GPDS 50接头提高了27.7%,比API NC50接头提高了76.4%；除具有更高的抗扭强度外,新型双台肩钻杆接头还具有更大的水眼直径和更大的磨损余量；有限元分析表明,新型双台肩接头螺纹齿根应力峰值和螺纹齿根的应力集中系数比GPDS 50接头更低。(4)以提高抗拉抗、扭复合强度和降低水力压耗为目标,通过分析钻杆管体尺寸对强度和水力压耗的影响,设计了新型高强度低压耗钻杆管体；通过拉、扭、弯复合载荷下对加厚过渡区结构的三维有限元分析,优选了加厚过渡区结构的R值和Mill值,减缓了新型钻杆管体加厚过渡区的应力集中。以上研究提供了一整套钻杆优化设计的方法,包括钻杆选材、钻杆结构设计和钻杆结构优化等,可以根据不同的优化设计目标设计出具有不同性能或不同用途的钻杆,为新型钻杆的优化设计提供了参考。
【关键词】：高强度钻杆 双台肩接头 加厚过渡区 应力集中 有限元分析
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE921.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 研究背景及意义8
• 1.2 新型钻杆产品的国内外调研8-11
• 1.2.1 格兰特公司钻杆接头产品调研9-10
• 1.2.2 渤海能克钻杆有限公司特色钻杆调研10-11
• 1.3 基于有限元的钻杆结构力学分析研究现状11-14
• 1.3.1 钻杆接头有限元分析研究现状11-14
• 1.3.2 钻杆加厚过渡区有限元分析研究现状14
• 1.4 论文的研究内容及技术路线图14-16
• 第2章 高强度管材的材料特性及用于钻具的可行性16-26
• 2.1 高强度管材的常规力学性能测试与分析16-20
• 2.1.1 拉伸力学性能测试与分析16-18
• 2.1.2 冲击韧性性能测试与分析18-20
• 2.2 高强度管材的抗环境开裂性能测试与分析20-25
• 2.2.1 抗环境开裂性能测试实验方法20-23
• 2.2.2 抗环境开裂性能测试实验结果23-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 复合载荷下钻杆接头的有限元分析26-42
• 3.1 有限元分析中的非线性问题26-27
• 3.2 复合载荷下API钻杆接头的有限元分析27-33
• 3.2.1 API标准钻杆接头有限元模型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钻杆接头受力特征分析29-31
• 3.2.4 拉扭复合作用下API钻杆接头应力特征分析31-33
• 3.3 复合载荷下双台肩钻杆接头的有限元分析33-37
• 3.3.1 双台肩钻杆接头有限元模型33-34
• 3.3.2 上扣扭矩作用下双台肩钻杆接头受力特征分析34-36
• 3.3.3 拉扭复合作用下双台肩接头的应力特征分析36-37
• 3.4 API NC50钻杆接头与GPDS 50钻杆接头有限元结果的对比分析37-41
• 3.4.1 两种接头螺纹载荷分布的对比分析37-39
• 3.4.2 两种接头螺纹结构应力集中的对比分析39-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 新型高强度大水眼双台肩钻杆接头的优化设计42-58
• 4.1 影响钻杆接头抗扭强度的结构参数分析42-45
• 4.1.1 API标准钻杆接头的结构参数42-44
• 4.1.2 双台肩接头的结构参数44-45
• 4.2 双台肩螺纹接头结构的优化设计45-48
• 4.3 螺纹牙型结构的优化设计48-50
• 4.4 复合载荷下新型双台肩钻杆接头的力学特征分析50-57
• 4.4.1 新型双台肩钻杆接头轴对称有限元模型50
• 4.4.2 上扣扭矩作用下新型双台肩接头受力特征分析50-52
• 4.4.3 拉扭复合作用下新型双台肩接头的应力特征分析52-54
• 4.4.4 新型双台肩接头与GPDS 50接头的对比分析54-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第5章 新型高强度低压耗钻杆管体的优化设计58-77
• 5.1 新型高强度低压耗钻杆管体尺寸的优选58-68
• 5.1.1 钻杆管体尺寸对管体强度的影响分析58-64
• 5.1.2 钻杆管体尺寸对水力性能的影响分析64-66
• 5.1.3 钻杆管体尺寸的优选66-68
• 5.2 钻杆加厚过渡带的结构优化设计68-75
• 5.2.1 钻杆加厚过渡区有限元模型68-69
• 5.2.2 不同载荷工况对加厚过渡区应力分布的影响69-70
• 5.2.3 加厚过渡区R值和M_(ill)值的优选70-75
• 5.3 本章小结75-77
• 第6章 结论77-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-83
• 攻读学位期间获得的学术成果83

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 郭鸿年;薛继仁;刘书华;;钢轨闪光焊接缺陷及其对接头性能的影响[J];焊接技术;1991年06期

2 赵勇;付娟;张培磊;严铿;蒋成禹;;焊接方法对6061铝合金接头性能影响的研究[J];江苏科技大学学报(自然科学版);2006年01期

3 邹明国;;粘接接头的耐久性及破坏机理[J];粘接;1982年06期

4 余宝海,成亚男;焊缝多次返修对接头性能影响的试验研究[J];压力容器;1989年01期

5 潘庆春;陈志良;;聚脂网带钢扣接头的研制与性能测试分析[J];集美大学学报(自然科学版);1993年02期

6 ;铝铜接头性能对比试验[J];中小型电机技术情报;1977年04期

7 刘卫红,孙大谦,贾树盛,邱小明,吴建红;颗粒增强铝基复合材料扩散连接研究进展[J];吉林工业大学学报(工学版);2002年03期

8 冯静,王玉,陈中中;浅谈用神经网络预测摩擦焊接头性能[J];大众科技;2005年08期

9 马彩霞;巴路军;刘小文;李文亚;蔺成效;;摩擦挤压焊接铝-钢接头的组织与性能研究[J];西北工业大学学报;2012年06期

10 朱政强,陈立功,饶德林,倪纯珍,卢立香,许立兴;振动调制电渣焊工艺参数与接头性能相关性[J];上海交通大学学报;2004年09期

中国重要会议论文全文数据库 前9条

1 骆瑞雪;李争显;;微电阻脉冲钎焊钛接头性能的研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年

2 车法星;黎立云;傅德明;;圆隧道衬砌接头试验及理论研究[A];第十一届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2002年

3 朱军;Anke Pyzalla;J.Bruckner;;钢铝熔钎复合接头的结构分析[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年

4 张雪健;庄晓莹;朱合华;;盾构隧道管片接头三维数值模型边界条件研究[A];第十三届海峡两岸隧道与地下工程学术及技术研讨会论文集[C];2014年

5 吴圣川;余啸;;激光-电弧复合焊7075-T6铝合金接头服役性能表征[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年

6 回丽;王岩;王磊;周松;张莹莹;;铝锂合金搅拌摩擦焊接头性能研究[A];第16届全国疲劳与断裂学术会议会议程序册[C];2012年

7 赵莉萍;杨慧;赵勇桃;;TC4钛合金的焊接实验研究[A];第二届全国背散射电子衍射（EBSD）技术及其应用学术会议暨第六届全国材料科学与图像科技学术会议论文集[C];2007年

8 林国标;黄继华;毛建英;李海刚;;SiC陶瓷连接的研究进展[A];第十一次全国焊接会议论文集（第1册）[C];2005年

9 毛唯;何剑雄;叶雷;张学军;陈波;;BNi82CrSiB钎料钎焊K403合金接头的性能[A];第十一次全国焊接会议论文集（第1册）[C];2005年

中国重要报纸全文数据库 前4条

1 涿州市建设局 王丽;贯彻《建筑法》 保障建筑安全[N];河北经济日报;2007年

2 ;MT-RJ接头可以胜任千兆传输[N];计算机世界;2002年

3 Avaya Labs;LC与小型光连接器件(上)[N];计算机世界;2003年

4 龚娅;光缆如铜缆一样方便[N];中国计算机报;2002年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 王东;Al-12.7Si-0.7Mg合金MIG焊与FSW接头微观组织与力学性能[D];东北大学;2014年

2 邓永芳;Mg/Al异种合金搅拌摩擦连接板材接头性能及铣削变形研究[D];南京航空航天大学;2015年

3 杨瑾;铝钢异种材料激光焊接工艺与机理研究[D];南昌大学;2015年

4 汪晓勇;AZ31B镁合金/Q235低碳钢异种金属MIG焊的研究[D];吉林大学;2016年

5 赵运强;超高强铝合金非对称回填式FSSW成形特征与接头组织性能[D];哈尔滨工业大学;2015年

6 张心怡;2060铝锂合金激光焊接组织及力学性能研究[D];北京工业大学;2016年

7 李佳;TiC金属陶瓷与304不锈钢的连接工艺及相关理论研究[D];重庆大学;2016年

8 刘飞;镁/铝异种金属焊接焊缝金属间化合物的调控与微观组织优化[D];大连理工大学;2015年

9 刘威;激光重熔微小接头中金锡化合物的演化及抑制[D];哈尔滨工业大学;2008年

10 李洪梅;TiNi形状记忆合金与不锈钢异种材料激光焊研究[D];吉林大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 霍海龙;铝合金中厚板等离子-MIG复合焊研究[D];西南交通大学;2015年

2 熊延金;高氮钢电子束焊接工艺及组织性能研究[D];南京理工大学;2015年

3 王璐;ZrB_2-SiC陶瓷扩散连接接头的原位强化及性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

4 邵阳;Zn对Sn/Al界面结构及接头耐蚀性能影响的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

5 刘昂;高氮钢MIG焊焊缝增氮及接头组织性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

6 郑瑞青;C/SiC复合材料与TC4钛合金的钎焊工艺及机理研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

7 张帆;镀层对高强钢光纤激光焊接过程及接头性能的影响研究[D];上海交通大学;2015年

8 彭迟;基于电子束焊的异种金属熔焊连接机理[D];南昌航空大学;2015年

9 付强;表面状态对超弹性铍青铜薄片微电阻点焊接头性能的影响[D];南昌航空大学;2015年

10 郭贝贝;原位反应生成增强相用于碳/铜连接的研究[D];武汉工程大学;2015年

  本文关键词：新型高强度钻杆的优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：262503