基于 ANSYS 绳索取心钻杆和连接接头的应力分析.pdf

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1、2014年第41卷第4期探矿工程(岩土钻掘工程)61基于ANSYS绳索取心钻杆和连接接头的应力分析崔成民，梅冬(1．两江工业大学地质系，朝鲜惠山；2．中国地质大学(武汉)工程学院，湖北武汉430074)摘要：对绳索取心钻探施工的工况进行了分析，利用ANSYS软件对绳索取心钻杆以及连接接头的应力状态进行了三维模拟，提出了不同工况条件下，钻杆柱最大应力出现的位置。所得的结论对预防钻杆折断事故、优化接头螺纹设计、确定合理钻进参数有一定的参考意义。关键词：绳索取心钻杆；接头；折断事故；应力分析中图分类号：P634．4文献标识码：A文章编号：1672—7428(2014)04—0061—03A

2、nalysisontheStressonWire-lineCoreDrillingPipeandConnectionJointBasedonANSYS／CHUICheng—min，MEIDong(1．DepartmentofGeosciences，LyanggangIndustryUniversity，LyanggangDPRK；2．SchoolofEngineering，ChinaUniversityofGeoscienees，WuhanHubei430074，China)Abstract：Theworkingsituationofwire—linecoredrillingisan

3、alyzedandthree—dimensionalsimulationaremadeonthestressstatesonwire—linecoredrillingpipeandconnectioniointbasedonANSYS．Throughthenumericalsimulation，thepositionofmaximumstressonthedrillingpipeindifferentworkingconditionsispresented，whichhavecertainreferencevaluetopreventdrillingpipebreaking，opti

4、mizethedesignofconnectionjointthreadanddeternfinereasonabledrillingparameters．Keywords：wire—linecoredrillingpipe；connectionjoint；accidentofdrillingpipebreaking；stressanalysis0前言本文在假设孔径级配合理和钻杆质量良好的条目前，使用绳索取心技术进行钻探取心的工作件下，利用ANSYS软件对071film绳索取心钻杆和越来越多，除地质岩心勘探外，还在水文地质勘探、连接接头部位进行了三维模拟分析。石油天然气钻探、工程地质

5、勘查等领域有着广泛的应用。据记录，在使用绳索取心钻杆钻探过程中，钻1钻进过程中钻杆柱的应力分析杆折断事故频繁发生，在某个地质队近3年中，就发1．1钻杆柱的工况生了60次的钻杆折断事故。将钻杆看作一个弹性直管，孔深1500m，加厚钻进过程中钻杆柱承受着大小和方向经常变化绳索取心钻杆外径71mm，钻机功率40kW，转速的拉力、压力、弯曲力、扭转力、振动力等交变荷载的400r／min，钻压8000N，利用ANSYS软件考察整个作用，还有钻具回转时钻杆柱与孔壁之间的摩擦力钻杆柱的应力状态。的作用和处理事故时强力冲击振动等。因此，一个1．2模型建立和边界条件柔性体运动的钻杆柱处于非常复杂的工作

6、当中。钻杆模型比较简单，先创建节点，然后通过节点研究分析，钻杆柱折断的主要原因有钻杆本身直接生成单元。根据单元特性，选取弹性直管单元质量问题、孔径级配不合理、弯曲应力的增加而引起PIPE288来模拟钻杆柱。的疲劳破坏等。在复合交变应力作用下螺纹牙底部模拟中不考虑钻杆柱弯曲应力的影响、钻井液容易萌生疲劳裂纹，疲劳裂纹在循环应力和腐蚀作对钻杆柱的影响、钻杆和孔壁的摩擦及温度影响等。用下扩展，直至断裂。据相关理论研究表明，钻杆柱把整体钻杆柱看作一个弹性直管时的单元参数危险断面是在接头连接螺纹处，钻杆失效大多是因有：绳索取心钻杆的弹性模量为(1．96～2．06)×为接头磨损后胀开并发生脱扣、

7、公螺纹根部发生断10“Pa；泊松比为0．24～0．28；密度7。81kg／cm。裂、母螺纹过早磨损及产生纵向裂纹等原因引起的。对整体钻杆柱有限元模型的约束及边界条件，采因此，对绳索取心钻杆柱整体和折断部位进行应力用钻杆顶部约束，对钻杆底部施加轴向力和阻力矩，分析，对于预防断钻事故及选择合理钻进参数具有大小分别等于钻压和钻杆柱底部扭矩。这样，钻杆顶重要的意义。部的约束反力就是对钻杆施加的轴向力和转盘扭矩，牧稿日期：2014—03—03；修回日期：2014—0