确保石油钻铤螺纹联接强度的使用措施0武安

确保石油钻铤螺纹联接强度的使用措施

确保石油钻铤螺纹联接强度的使用措施 2011年12月09日 来源： 中图分类号：TE921.207　　　文献标识码：BThe practical measures to insure the strength ofcollar connection threadZHANG Yan1 ，LIU Kun-fang1，CAO Li-min1，YU Lei1，YU Chen1，WU Shuang1，SHI Tai-he2(1.Drilling and Oil Production Technology Research Institute，Liaohe Petroleum Exploration Administration Bureau,Panjin　124011,China；2.Department of Petroleum Engineering，Southwest Petroleum Institute, Nanchong 637001,China)Abstract:The failure of collar connection thread is one of the prime drill tool failures. Most researchers have studied its connection strength in theory and experiment, and provided many valuable instructions for oilfield site. A larger number of papers showed that how to take a series of practical measures in rig site to insure the strength of connection thread is an important job. That is the cause to begin the research of this paper.There are four measures and methods to be obtained at last. Key words:drill collar；connection;strength;technique;measure　　石油钻铤在井眼中承受非常复杂的载荷，钻铤接头几乎同时承受内压、外压、轴力、弯矩和扭矩的作用，在钻井过程中因泥浆的循环和钻柱的振动使得这些载荷都属于动载。在复杂载荷作用下，钻铤失效也时有发生。因钻铤本体的刚性远远大于接头，钻铤失效大多数发生在接头上。据1988年对各油田钻具失效的调查，钻铤失效事故276起，占钻具失效事故的51.1%，失效部位基本上在联接螺纹处，造成的经济损失达￥510.6万元。1992年全国钻柱失效情况的统计结果也表明，钻铤的失效频数大致为钻柱总失效事故的48.7% ，其失效类型和所占的比例为，接头螺纹断裂35.5%，接头螺纹刺漏52.5%，接头螺纹磨损2.22%，裂纹2.96%，管体断裂1.48%，螺纹密封面损伤2.22%，脱螺纹牙2.22%等。其失效原因统计结果是：材质不良0%，操作不当30.5%，井况异常4.47%，疲劳28.3%，弯曲强度比不足8.95%，其他原因27.6%。由此可见，钻具的早期失效造成了严重的经济损失，研究钻铤螺纹联接强度是非常重要的。　　多年来，不少学者研究了钻柱螺纹的联接强度。阎铁等［1］将螺纹联接简化为绳索绕滚子运动模型，应用挠性件摩擦理论研究螺纹载荷分布规律；张焱等［2］改进了文献［1］中的模型并利用一种修正的弹簧模型，详细地分析了螺纹载荷分布规律，并得到螺纹锥度、螺纹脂、螺纹牙的相当弹性系数对载荷分布规律的影响关系；林腾胶等［3］应用二维接触有限元法研究了联接螺纹在预紧和工作状态下螺纹牙上的接触应力应变场，这种方法其理论上较为严格，但计算非常复杂，难以理解，不便于工程人员掌握。因此，张焱等［4］提出了一种半解析-有限元方法，使得螺纹联接强度的研究简单化，易于理解和掌握，而不失理论上的严格性和求解的精确性；Tsuru E，Ueno M，Ogasawara M.［5］用实验测试了不同结构形式的螺纹在轴力、内压下的密封能力和强度；西安石油管材研究中心对各种接头螺纹作了不少实验，也得到了很多有价值的结论。　　统计证明，操作不当是引起钻铤联接失效的主要原因之一。对大量的资料调研后发觉，在这方面的研究很少或者很不系统、不完善。为此，开展了现文的研究工作，以期得到能够指导现场操作者的具体的、实用的技术措施，解决钻铤联接螺纹失效问题。现文将详细地讨论现场使用上的4条技术措施：螺纹脂的合理选配、紧螺纹扭矩的精确控制、合理选择螺纹牙型和防止螺纹联接刚度不匹配现象。1　螺纹脂的合理选配　　文献［1～4］研究得出，钻铤螺纹的紧螺纹扭矩与摩擦因数有关。而摩擦因数又取决于公母接头的表面粗糙度和所使用的螺纹脂类型。由于螺纹脂随使用环境和性能有所差异，比如在深井、高温高压井、定向井等情况下，同一种螺纹脂引起的摩擦因数是不相同的。为了保证在井下少发生事故，在地面紧螺纹时，一定要涂好干净的螺纹脂于公母接头上，使用专用的大钳和专用的测扭矩仪，确保标准的紧螺纹扭矩值。当然，根据理论研究或实验研究确定摩擦因数与螺纹脂的种类和工况的关系，控制紧螺纹扭矩，确保接头正常地工作，这一点也是非常重要的，下文的公式可以说明。　　多年来，计算紧螺纹扭矩T和台肩负荷用法尔修正螺旋千斤顶公式：T=σA.A(t/(2π)+Rt.f/cosα+Rs.f)，　（1）式中,T为钻铤紧螺纹扭矩；σA为Ab、Ap截面应力；A为{Ab,Ap}min；t为螺距；Rt为平均螺纹节圆半径；Rs为台肩面平均半径；α为螺纹剖面半角；f为螺纹脂的摩擦因数(附F为台肩面负荷等于σA.A)。　　很显然，上式中除了T、F、f以外，其余参数均为螺纹结构参数。在实际使用中，可变的也只有T、F、f。如果按照标准的API紧螺纹扭矩值T紧螺纹，使用的螺纹脂的摩

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