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在石油鉆探時(shí)使用的大量鉆具，如鉆桿、鉆挺等，在鉆井過(guò)程中，起著傳遞扭矩、施加鉆壓的作用。隨著鉆井深度的不斷增加，鉆具受力情況更加復(fù)雜和嚴(yán)重，斷裂常有發(fā)生。作為鉆具的重要組成部分—鉆挺，破壞尤翔吐重，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)每年有近2萬(wàn)米的鉆挺被埋地下，其中絕大部分是疲勞破壞所引起的。鉆挺的斷裂將導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，有時(shí)甚至可使一口井報(bào)廢，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)鉆挺接頭的破壞原因和受力情況進(jìn)行有限元分析討論，采取相應(yīng)的措施，以提高鉆挺的疲勞強(qiáng)度，延長(zhǎng)其使用壽命。
鉆挺又稱(chēng)加重鉆桿，在石油鉆探時(shí)，與下面的鉆頭相聯(lián)，用自身的重量給鉆頭施加壓因鉆力，它具有壁厚、強(qiáng)度和剛度大，不易彎曲的特點(diǎn)，也就是說(shuō)它具有足夠的抗靜載能力。此，鉆挺的斷裂并非是由于本身的強(qiáng)度不夠所造成的，而是由于它的疲勞失效而引起的。具在鉆進(jìn)過(guò)程中，處于彎曲狀態(tài)，受到交變應(yīng)力的作用協(xié)由于鉆挺接頭處的杭彎剛度小于本體剛度，故常發(fā)生疲勞破壞。工作時(shí)，螺紋連接部位是最薄弱的環(huán)節(jié)，特別是螺紋根部承受著最大的交變應(yīng)力，故最容易產(chǎn)生應(yīng)力集中和疲勞破壞。現(xiàn)場(chǎng)使用證明：鉆挺的斷裂，幾乎都發(fā)生在公接頭螺紋的根部。據(jù)華北油田抽樣檢測(cè)，出現(xiàn)疲勞裂紋的占檢測(cè)總數(shù)的10.3%，而裂紋幾乎全部都是發(fā)生在接頭螺紋的根部。
此外，接頭螺紋根部未嚙合的不完整扣形浸在泥漿中，還將造成螺紋根部的腐蝕，從而形成尖銳的腐蝕斑痕或溝槽，同樣也加深了該處的應(yīng)力集中，引起腐蝕疲勞，其破壞性也是相當(dāng)大的，從某種意義來(lái)說(shuō)，它的嚴(yán)重性比應(yīng)力疲勞的破壞性還要大。腐蝕疲勞在任何腐蝕環(huán)境及交變應(yīng)力的聯(lián)合作用下，都會(huì)出現(xiàn)腐蝕疲勞斷裂現(xiàn)象，這就要求接頭螺紋部分不但有足夠的疲勞強(qiáng)度，而且還要有較好的抗腐蝕能力。
鉆挺接頭不僅要有足夠的強(qiáng)度，而且還要有良好的密封性能，因而在接頭連接時(shí)要求在鉆挺的臺(tái)肩面，確保有足夠的臺(tái)肩載荷，此載荷是由施加上扣力矩所產(chǎn)生的。機(jī)加工時(shí)為了防止刀傷臺(tái)肩，在車(chē)公接頭螺紋時(shí)提前退刀，致使螺紋根部一、二扣螺紋扣形不完整。為了防止這些非完整扣形干擾同母接頭螺紋的正常嚙合，在母接頭大端相應(yīng)處車(chē)出一空腔，公接頭根部最后一、二扣螺紋與母接頭的螺紋不發(fā)生接觸。鉆挺接頭在彎曲的情況下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在公、母接頭上產(chǎn)生“B”、“A”兩應(yīng)力區(qū)(見(jiàn)圖1)，由于母接頭“A”處的截面積比公接頭“B”處的截面積大2~3倍，所以最先斷裂必然發(fā)生在公接頭的“B”處(即螺紋根圖l因此我們這里僅討論公接頭的受力情況。
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