钻杆接头螺纹部位疲劳裂纹的超声波检测

钻杆螺纹根部疲劳裂纹是钻杆钻井服役中产生的常见缺陷类型 ,是钻杆螺纹发生断裂的重要根源 .本文介绍了钻杆螺纹疲劳裂纹超声检测原理 ,设计了专用超声检测探头和检测装置 ,给出了检测试验结果 ,证明了钻杆螺纹疲劳裂纹超声检测的可行性和实用性     

钻杆接头螺纹部位疲劳裂纹的超声波检测

钻杆螺纹根部疲劳裂纹是钻杆钻井服役中产生的常见缺陷类型,是钻杆螺纹发生断裂的重要根源。本文介绍了钻杆螺纹疲劳裂纹超声检测原理,设计了专用超声检测探头和检测装置,给出了检测试验结果,证明了钻杆螺纹疲劳裂纹超声检测的可行性和实用性。     

自安装井口平台外输海底管道疲劳拉伸磁记忆性能研究

为研究自安装井口平台外输海底管道在地磁激励下疲劳拉伸过程中X80钢表面磁场信号变化规律，使用MTS810 250疲劳拉伸试验机对X80钢的拉伸试样进行了不同载荷下的疲劳拉伸试验。实验过程中借助磁记忆传感器对拉伸试样表面的磁记忆信号变化进行监测，借助手持显微镜观察疲劳过程中试样疲劳破坏情况，借助扫描电镜对断裂后的断口进行分析。结果表明：磁记忆对拉伸疲劳损伤敏感，并归纳提出了以切向信号极值、切向梯度信号极值的连线斜率为特征值的X80钢拉伸疲劳损伤敏感的磁记忆检测参数体系，为磁记忆检测方法的现场应用奠定了基础。     

基于可靠性的S135钻杆疲劳裂纹萌生寿命预测

基于可靠性理论对S135钻杆疲劳裂纹萌生寿命预测进行系统研究,计算得到50%、90%、99%和99.9%可靠度条件下S135钻杆的疲劳裂纹萌生寿命预测方程。结果表明,服役过程中S135钻杆管体部位承受的附加应力载荷明显大于接头螺纹连接部位。在应力比为-1条件下,S135钻杆的疲劳强度约为500 MPa;在置信度为95%,误差为5%条件下,应力水平分别为660、620、580和540 MPa时的疲劳裂纹萌生寿命对数值分布符合正态分布规律,随着应力水平下降,疲劳裂纹萌生寿命对数值分布概率密度函数峰值逐渐降低,离散性逐渐增强。     

超声波在石油钻杆损伤检测中的应用

腐蚀疲劳与应力损伤是石油钻杆损坏的最主要原因,钻杆损伤检测可以有效地预防和减少钻具因失效而引起的质量事故。阐述了石油钻杆健康监测中损伤识别的关键问题,介绍基于超声波的损伤定位定量方法。根据其基本结构和受力特点,以石油钻井中常用5〞钻杆为对象进行损伤研究,用超声波纵波直接接触法检测钻杆,并对探伤结果进行分析和应用。结果表明,超声波可对已定位损伤的石油钻杆的损伤进行定量分析,通过实例验证了其对结构损伤诊断的有效性。     

静拉伸条件下螺纹联接件三维弱磁信号研究

针对螺纹联接件应力分布不均匀和局部塑性变形问题,提出了利用地磁场环境下试件表面三维弱磁信号进行检测的新方法.在静拉伸试验机上对螺纹联接件进行了拉伸实验,利用二维磁记忆检测传感器实现了螺纹法向、轴向和切向三维弱磁信号的在位测量.利用有限元方法对螺纹的法向、轴向和切向应力应变进行了计算.结果表明,三维弱磁信号中,轴向弱磁信号和应力之间具有较好的相关性.     

基于粒子群最大似然估计的焊缝早期隐性损伤磁记忆精确定位模型

针对由于焊接残余应力、磁场噪声等干扰,造成磁记忆检测在焊缝早期隐性损伤位置定量评价上的困难,提出基于粒子群算法优化的最大似然估计磁记忆梯度定量模型.通过对预制未焊透缺陷的Q235焊接试件进行焊缝疲劳拉伸实验,同步对比扫描电镜和X射线检测结果,发现磁记忆信号梯度对早期隐性损伤位置反应比较敏感,并获得了梯度随着与隐性损伤的距离增大而减小的衰减变化规律,构建隐性损伤位置参数与磁记忆梯度的非线性函数,考虑磁场噪声对隐性损伤定位结果的影响,引入最大似然估计建立目标函数,进一步考虑目标函数的非线性容易陷入局部极值而非全局极值的问题,采用具有全局搜索能力的粒子群算法对目标函数进行优化,建立基于粒子群最大似然估计的焊缝隐性损伤位置磁记忆定量模型,验证结果表明定位误差仅为3.48%,为实际工程中利用磁记忆技术及时发现早期隐性损伤并精确定位提供了新的思路.     

钻杆现场无损检测装置设计

钻杆是钻井设备中的重要部件,但经常因缺陷而发生失效事故,导致巨大的经济损失。因此,研究钻杆的无损检测方法、研制钻杆检测装置具有重要的意义。基于漏磁工作原理的无损检测设备可以有效检测出钻杆中存在的缺陷,运用这种方法不仅能对钻杆杆体进行全面检测,而且可以利用电子技术获得比较直观的检测结果。在了解了钻杆检测现状的基础上,分析了钻杆的结构特征后,本文设计了一种钻杆漏磁检测装置,主要是设计了具有浮动功能的检测探头。通过这种检测装置可以快速、准确的对大批量的钻杆进行检测以减少事故隐患,提高钻井效率。     

基于磁记忆技术的船舶柴油机曲轴裂纹动态监测

为了对曲轴疲劳破坏进行预警,防止疲劳断裂的突然发生,研究了基于金属磁记忆检测技术的柴油机曲轴动态监测.这样可以避免机损,降低事故损失,进一步保障船舶安全航行.     

金属磁记忆定量化评价的三维仿真分析与实验

早期损伤是导致金属构件发生突发性断裂的主要因素.针对大多数常规无损检测方法都只能对已成形的宏观缺陷进行检测,不能检测尚未成形的微观缺陷或应力集中区,以及金属磁记忆检测技术目前只能对早期微观缺陷进行定位,无法定量的问题,利用仿真与实验相结合的方法,建立了三维力磁耦合模型,仿真计算了微观缺陷表面空间三维磁场的分布,研究了应力、微观缺陷长度及扫描路径对磁记忆信号的影响,在此基础上,构建了金属磁记忆检测系统,实验研究了外加载荷、扫描路径与金属磁记忆信号的关系.研究结果表明:利用金属磁记忆检测技术可以实现对早期微观缺陷进行定量检测.     

高钢级钻杆韧性指标的研究

随着超深井、定向井等先进钻井技术的应用,高钢级钻杆G105和S135大量使用,钻杆疲劳失效事故频频发生.高钢级钻杆在失效过程中疲劳裂纹稳定扩展长度为60～80 mm.推导出钻杆发生“先刺后断”失效模式的材料韧性指标——冲击功的计算公式,并首次提出应力强度比系数的表示方法.计算结果表明:钻杆材料的冲击功要求值随钻杆临界裂...     

基于应力分析的钻具设计方法优化

钻具钻进过程中不断振动,其产生的交变应力促使钻具发生疲劳失效。钻具组合设计时多是考虑轴向应力对钻具的影响,很少考虑到振动的影响,考虑因素单一。为提高钻具钻进过程的安全性,基于钻柱所受轴向应力,考虑钻柱振动时所受动态应力,结合疲劳失效原理,建立了一种应力安全分析模型,并通过室内试验验证模型的合理性,进而分析钻柱整体在不同钻进条件下的安全系数和存在的危险位置,总结提出钻具组合优化方法。结果表明：转速对钻具的安全系数影响较大,钻压的影响程度较小;除了钻具井口位置,加重钻杆底部、钻铤底部均存在疲劳失效的可能;钻具优化方法可以提高钻具整体安全性。本文从应力方向角度分析了钻具的安全情况,提出了优化方法,为以后的钻具设计提供了参考。     

定向井钻柱稳定性分析

在定向深斜井钻探中,一般采用钻铤和加重钻杆的浮重大于钻压的原理,来保持钻柱的稳定.但钻杆会因此承受过大的扭矩和拉力,加速早期疲劳失效.为此,基于斜井中井眼对钻杆具有弹性支承和约束的理论,通过定向井井眼尺寸及井斜角对钻柱稳定性影响分析,讨论保持钻杆稳定的边界条件和确定其底部钻铤柱的设计原则.结果表明,当井斜角大于45°时,有意让钻杆处于受压且不失稳状态下运行,既可使底部钻铤柱得以优化设计,又可大幅度地减少底部钻铤重量从而减小作用在钻杆上的扭矩和拉力,延长其使用寿命.     

钻铤螺纹的有限元分析及应力分散槽优化设计

针对钻井技术进步带来的井下钻铤的服役条件更加苛刻、失效更加严重的问题,对钻铤螺纹失效问题进行了深入分析,找出引起钻铤螺纹失效的主要原因和失效的关键部位,利用大型三维实体建模软件Pro/E和有限元分析软件ANSYS分别对API标准钻铤螺纹进行实体建模和强度分析,得出了钻铤螺纹在不同工况、不同结构条件下的等效应力分布情况,并对ZTNC56-80型钻铤螺纹应力分散槽进行了最优化研究,找出了其最优值,并指出应力的变化与过渡圆角变化不是线性对应关系,在改进钻铤螺纹应力分散槽结构时,不能单纯以增大结构过渡圆角为手段,从而为改进钻铤螺纹应力分散槽结构提供了科学依据。     

陆梁油田生产系统结垢机理及防垢对策研究

在陆梁油田生产系统中,生产井筒、抽油杆、集输管线、分离器、加热炉、注水管线等部位都存在不同程度的结垢现象,严重影响了油田的正常生产和安全。水质分析表明陆梁油田的采出水、注入水和地表水均为高矿化度水,有氯化钙和重碳酸氢钠两种水型,水质极不稳定,具有成垢的离子条件。垢物成份分析表明主要以碳酸钙垢为主。说明陆梁油田不同层位的采出水、注入水互不相容,在一定的温度和压力等条件下,一经混合则发生结垢。提出了相应的防垢对策,对保证油田的正常生产具有重要意义。     

钻铤母扣接头改进设计的有限元分析

在钻井过程中,钻具疲劳失效事故频繁发生,其失效部位主要位于应力相对集中的螺纹接头处。以177.8mm钻铤母螺纹接头作为研究对象,用有限元方法对加工有不同应力减轻槽的钻铤母螺纹接头进行了分析计算,得出了3种不同母螺纹结构在相同边界条件和载荷作用下螺纹消失端的应力集中情况。计算结果表明,设计的应力减轻槽效果较好,抗疲劳性能最佳,建议采用这种应力减轻槽结构。     

不扩孔径向水平井钻管转向仿真研究

针对177.8 mm套管内部空间尺寸的约束条件,建立转向器弯曲导向滑道及钻管模型,利用ANSYS软件,对钻管通过转向器滑道的转向过程进行有限元仿真研究。仿真结果表明:在钻管弯曲转向时钻管弯曲内侧更易发生失稳;转向器滑道曲率变化率是个非常重要的参数,钻管应力、截面变形、钻管阻力都与其有关,为了使钻管以低应力、较为安全的状态通过转向器,减小滑道轨迹的曲率变化率是必要的方式;材料为X的钻管可以安全穿过滑道,钻管转向后可以沿滑道水平钻进,钻管变形保持在许可范围内,能够满足径向水平井的钻进要求。     

气体钻井中钻柱力学性能及冲蚀实验研究

由于在破岩过程中受到冲击,气体钻井中的钻柱产生了交变应力,而钻柱旋转加剧了交变应力的变化,同时气体携带岩屑对钻柱产生冲蚀,加速了钻柱的失效。钻柱主要失效形式为疲劳断裂,这跟钻柱所受应力大小及变化密不可分,因此,开展气体钻井过程中钻柱力学性能和冲蚀研究,掌握钻柱应力变化规律及岩屑对钻柱的冲蚀规律,是减小和防止钻柱失效的基础工作,对增加气体钻井过程中的安全性和降低钻井成本有十分重要的意义。通过使用一种已开发出的可同时模拟气体钻井钻具振动和冲蚀的装置,进行了不同钻具组合情况下,气体钻井钻柱同时受振动和冲蚀实验。实验结果表明,气体钻井过程中,配置扶正器将使钻柱所受交变应力值变化范围降低40% 以上,扶正器和减振器的配合使用将使交变应力值变化范围下降50%,因此,扶正器和减振器的配合使用,将大幅降低钻柱所受交变应力,并延长交变应力作用周期,从而降低钻柱失效的概率。     

水平井段管柱屈曲与摩阻分析

利用有限差分法和Newton迭代法 ,计算了斜直井段管柱螺旋屈曲临界力、沿螺旋段分布的管柱与井壁接触力以及后屈曲平均侧向接触力。分析了钻杆接头对水平井段钻柱屈曲临界力和弯曲应力的影响 ,提出了计算钻柱正弦屈曲临界力的新方法。结果表明 ,当轴向压力较小时 ,钻杆接头引起钻柱弯曲应力 ;当轴向压力较大时 ,接头会抑制螺旋屈曲的发生 ,降低钻柱的弯曲应力。另外 ,给出了水平井段钻柱出现反转的判别式。     

微流量控制钻井中两相许用钻杆下行速度研究

针对微流量控制钻井中气液两相许用钻杆下行速度问题,考虑气体滑脱、相与环空壁面阻力、回压及井底压 差,开展了对不同井深的气液两相许用钻杆下行速度半经验模型的研究,获得了气液两相许用钻杆下行速度的变化规 律。当钻杆在气液两相中下行运动时,回压的增大使井筒空隙率减小、气液两相密度增大,加载在井底的有效压力增 大,从而使许用钻杆下行速度减小;当井底气侵量增大,此时井底压力小于地层压力,许用钻杆下行速度增大,可借助 增大的激动压力消除一部分井底与地层欠压差;当井底安全压差减小,许用钻杆下行速度呈减小趋势。控压钻井中精 确计算钻杆许用下行速度,可增大钻井时效。