深井钻具稳定器失效分析及设计研究

发表时间:2021-05-30 22:28

现场钻具失效资料的统计分析表明,在钻具失效事故中稳定器失效占有很大一部分.为了提高在深井和超深井井底钻具组合中稳定器的使用寿命,根据收集的国内外和现场的关于稳定器的资料,对稳定器作失效分析,得出现场使用中稳定器失效的主要机理;然后就稳定器的工作段、螺纹联接区和本体三部分的结构进行设计研究,提出相应的改进措施.通过对稳定器进行失效分析,找出现场使用中稳定器的主要失效类型和失效机理:螺纹接头发生粘扣或刺扣;螺纹接头发生疲劳断裂;工作段基体材料因磨料理磨损和冲蚀磨损而凹陷,凸出基体表面的硬质合金块折断或因失去基体支撑而脱落,工作段因无法保持工作直径而失效.基体材料的抗磨损性能是工作段寿命的关键,为此采用在硬质合金块之间的基体上堆焊一层抗磨料磨损的材料,增加基体的抗磨损性能.选择了几种抗磨料磨损性能好的焊接材料,与基体材料进行了抗磨损性能对比实验,优选出在基体表面堆焊铸造WC能够大大的提高工作段的抗磨损性能.对试件的表面进行电镜分析,验证了失效分析得出的结果和机理的正确性.螺纹联接区是另一个稳定器失效的常见区域,对螺纹接头在预紧力和轴向力作用下进行受力分析,得出螺纹各牙的载荷百分比.计算出在横向力作用下螺纹的周向应力.对接头进行疲劳计算,得出螺纹根底是一个高的应力集中源.螺纹部位承受高的交变应力,是导致螺纹联接螺纹失效的主要原因.针对螺纹联接区的设计,综述了一系列改进措施.提出在稳定器的本体上加上加工应力分散区,既有利于降低本体段的应力峰值,同时可降低螺纹接头的应力峰值,提高螺纹联接的可靠性.针对应力分散区不同的深度、宽度和位置建立了相关的有限元模型,分析出应力分散区深度、宽度和位置的不同对螺纹接头应力峰值的影响程度.


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