反井钻机钻杆螺纹损伤分析及交流电磁场检测技术应用研究

发布时间：2020-07-26 21:42

【摘要】：本文通过理论推导、数值模拟、试验分析等方法,主要从扩孔工况下的钻杆受力研究、螺纹应力应变规律分析、螺纹应力随裂缝尺寸变化的关系研究、螺纹交流电磁场检测试验研究四个方面入手,进行了系统研究。基于复杂地质的大直径深竖(斜)井工程,考虑钻头振动荷载、钻具与岩层相互作用、偶然荷载等因素,推导了扩孔工况下反井钻机钻杆拉力计算公式及扭矩计算公式。拉力及扭矩理论计算值与实测值误差≤4%,误差主要受反井钻机钻具特性、地质条件、人为操作、机械损耗等因素的影响。通过有限元数值模拟手段,对反井钻机钻杆公母接头受拉力、扭矩作用下公母接头螺纹部位的应力、应变值进行计算,得出228mm直径反井钻机钻杆公接头大端侧三道螺纹、母接头与公接头小端侧三道螺纹啮合处位置是裂纹萌生、发展的易损伤危险区域。通过有限元数值模拟手段,在反井钻机钻杆公接头第一道螺纹和第二道螺纹齿根处建立椭圆凹坑裂纹,模拟计算不同长度、深度、角度的椭圆凹坑裂纹周边应力、应变值。研究椭圆凹坑裂纹周边应力、应变值随椭圆凹坑裂纹长度、深度、角度尺寸参数变化时的变化规律及趋势。随着椭圆凹坑裂纹的长度、深度尺寸的变大,椭圆凹坑裂纹长轴两端出现的应力集中数值不断增大。但是,应力集中的变化与椭圆凹坑裂纹角度变化不成正比且应力集中现象出现在裂纹与螺纹凹槽分界处。采用最新的交流电磁场检测技术对反井钻机钻杆公接头螺纹处人工裂纹进行了检测,通过交流电磁场检测技术,可以探测人工裂纹的存在,不同尺寸参数的人工裂纹能够通过_((3)和_((5)曲线区分出来。磁通密度分量_((5)峰谷幅值与裂纹槽长呈现负相关,磁通密度分量_((3)曲线波谷幅值与裂纹槽深呈现正相关。本论文研究成果对扩孔状态下的反井钻机钻杆所受载荷计算、螺纹处裂纹损伤分析、螺纹裂缝探伤可视化研究中有一定应用价值。
【学位授予单位】：煤炭科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P634.3

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本文编号：2771327