【導(dǎo)讀】需要采取措施補(bǔ)償升沉運(yùn)動(dòng)。全平衡式伸縮鉆桿在鉆鋌上方增加一根伸縮鉆桿對(duì)此進(jìn)。時(shí)產(chǎn)生的張開力完全平衡，使伸縮鉆桿不會(huì)自行張開。本文首先介紹了國(guó)內(nèi)外海洋石。設(shè)計(jì)和各組件的力學(xué)性能分析。

　　

【正文】 8 1 00 .1 4 0 .1 34? ?????= ? ?33330 . 1 2 2 1 3 0 . 8 8 1 0 1 4 4 1 0 4 1 . 3 4 5 60 . 2 0 . 1 4 0 . 1 3 M P a? ?? ? ? ? ????? 21 所以，應(yīng)用第四強(qiáng)度理論： 223n? ? ??? = 2212 3. 50 08 3 41 .3 45 6?? = 由于 835 5 5 6 . 6 6 6 71 . 5s nM P an? ?? ? ? 所以缸體與其接頭處螺紋連接安全。 下工具接頭的抗扭強(qiáng)度 鉆桿接頭的抗扭強(qiáng)度與鋼材的性能、連接的尺寸和型式、螺距、錐度以及配合面、螺紋和臺(tái)肩的摩擦系數(shù) 等多重因素 有關(guān)。 API 標(biāo) 準(zhǔn) RP7G 有推薦的理論計(jì)算公式。有關(guān)手冊(cè)上所列 的 鉆桿接頭的抗扭強(qiáng)度值，均 是由 此公式計(jì)算 所得的 結(jié)果。其形式 為 ： 1 2 2 c o st sRfS A pT R f????? ? ????? （ 43） 式中 ： T— 旋緊所需的扭矩， 1bft? ； mY — 最小屈服強(qiáng)度， psi； A— 橫截面積， 2in ，公接頭取離臺(tái)肩 3/4in 處的 pA ，母接頭取離臺(tái)肩 3/8in處的 sA ，公式中采用兩個(gè)面積中較小的代入； p — 螺紋的螺距， in； tR — 螺紋的平均中間半徑， in； f — 螺紋或臺(tái)肩接觸表面的摩擦系數(shù)，假定為 ； sR — 臺(tái)肩的平均半徑， in； ? — 螺紋牙型半角，度； S— 材料的單位應(yīng)力， psi。 下工具 接頭聯(lián)結(jié)要素的計(jì)算 和其 理論上緊力矩的計(jì)算 （ 1）面積 psAA和 的計(jì)算 ? ?224ppA b d ??? （ 44） 12 8 1 2pp tb c a? ? ? ?（距臺(tái)肩 3/4in 處螺紋牙底直徑 ） （ 45） 2 rnHaf?? （ 46） 式中 ： c— 基面節(jié)圓直徑， in； H— 螺紋不截頂?shù)母叨龋?in； 22 rnf — 截底高度， in； pt— 錐度，直徑方向每英寸， in/ft； d— 接頭直徑， in。 ? ?22 /4scA D b ??? （ 47） 式中： D— 接頭外徑， in； cb — 距臺(tái)肩 3/8in 處母接頭底徑， in； 38 12pcc tbQ? ? ? （ 48） cQ — 母接頭鏜孔直徑， in。 （ 2）螺紋的平均中間半徑 tR 及臺(tái)肩的平均半徑計(jì)算 ? ?0 .6 2 52 4 8pt p ctcRL? ? ? （ 49） ( ) / 4fcR D Q?? （ 410） 式中： pcL 公接頭長(zhǎng)度， in。 已知：接頭為 NV50， 外徑 為 158mm， 內(nèi)徑 為 66mm。 查 APISpec7 表 （見 《 鉆井力學(xué)基礎(chǔ) 》 附表 21）得到， C=， pcL= 142 in， cQ= 5516 in， 螺距 p=14 in，牙型半角 30?? 。 查 APISpec 表 （見 《 鉆井力學(xué)基礎(chǔ) 》 附表 22）得到， rnf = ， H=， pt 2in/ ft= 3357.5796319( 3/4i n) 23 圖 41 下工具接頭結(jié)構(gòu)示意圖 理論上緊力矩按公接頭來進(jìn)行計(jì)算： ? ?2 2 22222 600 5 2 8 12 17 098 12 09 64645 3 2 15516 8 12 4116 5 754 4 4ppcSa i nbA i nb i nA i n??? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ???? ? ?????所 以 SpAA?又 因 為 ， 故計(jì)算中取 SA 值。 t 5 . 0 4 1 7 2 14 0 . 6 2 5 2 . 5 3 9 3 9 in2 4 8 2R = =（ ） 15( 6 5 ) / 4 2 . 8 9 0 6 2 54 1 6fR in? ? ? 將 以上所 算得的 數(shù)值代入公式1 2 2 c o st sRfS A pT R f????? ? ?????中，得 1 2 0 0 0 9 . 0 2 7 5 1 2 . 3 5 9 3 9 0 . 0 8 2 . 8 9 0 6 0 . 0 81 2 8 c o sT ??????? ? ? ????? 441451b ft?? 鉆桿的抗扭強(qiáng)度分析計(jì)算 鉆桿的抗扭強(qiáng)度分兩種情況 ： （這里不做討論） （ 1） 對(duì)于空心管，由 《 材料力學(xué) 》 知 其 最大扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 為 max 2TDJ? ? 式 中： J— 極慣性矩 ， 44()32J D d???， 4cm 根據(jù)能量強(qiáng)度理論，最小抗剪 切 強(qiáng)度條件 3ms YS = 上式中的m ax 3ms YSt ==時(shí)，則扭矩 T 就變成最小抗扭屈強(qiáng)度 Q。于是，換算成法定計(jì)量單位后 24 3210 3mJYQ D= 式中 ： Q— 最小屈服扭矩 ， Nm ； mY 最低屈服極限， kPa 。 采用英制單位 （ Q ， lbft ； mY ， psi ； D ， J 均為 in ） 容易得到 API 公式 96167 mJYQ D= 由設(shè)計(jì)任務(wù)書及相關(guān)資料，已知：外徑為 164in ,內(nèi)徑為 324in ，鉆桿的材料為37 2SiMn MoV， 查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》知其屈服強(qiáng)度 835s MPa? ? ，抗拉強(qiáng)度980b MPa? ? ； 得： 4 4 4( ) 1 1 4 .1 1 532J D d in?? ? ? 358 3 5 8 3 5 1 0 1 .2 1 1 0 7 1 0s M P a KP a p si? ? ? ? ? ? 50 . 0 9 6 1 6 7 1 1 4 . 1 1 5 1 . 2 1 1 0 7 1 06 . 2 5Q ? ? ?? = 10 1b ft?? （ 2）下接頭 圖 42 下接頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1 21 2 25 對(duì) 11 面、 22 面分別進(jìn)行計(jì)算， 4 4 41 ( 5 .6 3 3 .8 5 8 ) 7 6 .8 4 732J in?? ? ? 4 4 42 ( 5 . 6 3 3 . 5 4 3 3 ) 8 3 . 1 1 8 232J in?? ? ? 5 51 0 . 0 9 6 1 6 7 7 6 . 8 4 7 1 . 2 1 1 0 7 1 0 1 . 5 8 9 7 1 0 15 . 6 3Q b ft? ? ?? ? ? ? 5 52 0 . 0 9 6 1 6 7 8 3 . 1 1 8 2 1 . 2 1 1 0 7 1 0 1 . 7 1 9 4 1 0 15 . 6 3Q b ft? ? ?? ? ? ? （ 3）下工具接頭 圖 43 下工具接頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 由于 22 面在前文 中已經(jīng)對(duì)其抗扭強(qiáng)度進(jìn)行了分析，故現(xiàn)只對(duì) 11 面進(jìn)行計(jì)算，可得： 4 4 41551( 6 .2 5 5 .6 3 ) 5 1 .1 4 1 3320 .0 9 6 1 6 7 5 1 .1 4 1 3 1 .2 1 1 0 7 1 0 9 .5 2 4 8 1 0 16 .2 5J inQ b ft?? ? ?? ? ?? ? ? ? 鉆桿各組件的強(qiáng)度校核 對(duì)塑性材料， ? ? ss aPn??? 式中， sn 為安全系數(shù)，在此取 sn =。 把許用應(yīng)力 ??? 作為工作應(yīng)力的 上限 ，即要求工作 ? 應(yīng)力不超過許用應(yīng)力 ??? 。 由此可得各組 件軸向拉伸或壓縮時(shí)的強(qiáng)度條件為 ： 1 21 2 26 ? ?NFA???? 鉆桿的材料為 37 2SiMn MoV， 查 《 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) 》 可知其屈服強(qiáng)度s 835 a MP? ? ，抗拉強(qiáng)度 b 980 aMP? ? 。 心軸的強(qiáng)度校核 心軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如 下圖 所示，對(duì)其各面 的 面積進(jìn)行計(jì)算，找出危險(xiǎn)截面。 圖 44 心軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 各截 面的面積： ? ? 2221 ???? 2 2 22 ( 0 . 0 8 6 0 . 0 6 6 ) 0 . 0 0 2 3 8 9 m4A ?? ? ? 顯然， 22 面為危險(xiǎn)截面， 所以，只能按 22 面進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算，由此可得， ? ? 835 6 9 5 .8 3 31 .2 M P a? ?? 31 5 8 9 . 8 1 0 6 4 8 . 1 3 7 a0 . 0 0 2 3 8 9 MP? ???? 易得： ????? 滿足強(qiáng)度要求 。 1 212 27 短節(jié)的強(qiáng)度校核 圖 45 短節(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如上圖所示，確定危險(xiǎn)截面： ? ?2 2 21 0 . 1 5 8 0 . 1 2 0 . 0 0 8 2 9 m4A ?? ? ? ? ?2 2 22 0 . 1 4 4 0 . 0 9 8 0 . 0 0 8 7 4 m4A ?? ? ? 12AA 故 11 面為危險(xiǎn)截面。 可得， ? ? 835 6 9 5 .8 3 3 a1 .2 MP? ?? 31 5 8 9 . 8 1 0 1 8 6 . 7 7 9 a0 . 0 0 8 2 9 MP? ???? ? ? ??? 滿足強(qiáng)度要求。 內(nèi)沖管的強(qiáng)度校核 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示，確定危險(xiǎn)截面： ? ?2 2 21 0 . 1 1 8 0 . 0 9 8 0 . 0 0 3 3 9 2 m4A ?? ? ?； ? ?2 2 22 0 . 1 3 0 . 0 9 8 0 . 0 0 5 7 2 7 m4A ?? ? ?； 1 21 2 28 圖 46 內(nèi)沖管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 ? ?2 2 23 0 . 0 9 4 0 . 0 6 6 0 . 0 0 3 5 1 9 m4A ?? ? ?； 易得到， 11 面 為危險(xiǎn)截面。 可得， ? ? 835 6 9 5 .8 3 3 a1 .2 MP? ?? 31 5 8 9 . 8 1 04 5 6 . 4 8 6 a0 . 0 0 3 3 9 2 MP? ???? ? ???? 所以，滿足強(qiáng)度要求。 圖 47 內(nèi)軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1 2 31 2 31 2 31 2 3 29 內(nèi)軸的強(qiáng)度校核 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如上圖所示，確定危險(xiǎn)截面： ? ?2 2 21 0 . 1 1 4 0 . 0 9 4 0 . 0 0 3 2 6 6 m4A ?? ? ?； ? ?2 2 22 0 . 1 3 0 . 0 9 4 0 . 0 0 6 3 3 m4A ?? ? ?； ? ?2 2 23 0 . 0 8 4 0 . 0 6 6 0 . 0 0 2 1 1 5 m4A ?? ? ? 顯然， 33 面 為危險(xiǎn)截面 ，可得， ? ? 835 6 9 5 .8 3 3 a1 .2 MP? ?? 31 5 8 9 . 8 1 0 7 3 2 . 1 0 4 a0 . 0 0 2 1 1 5 MP? ????； ? ???? 故此不滿足強(qiáng)度要求。 因次要重新對(duì)內(nèi)軸的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，許用應(yīng)力 ??? =，采用逆推法，則有： ? ?322158 10 D? ?????? 解得， ? 因此，取 D=90mm，校核后的內(nèi)軸尺寸如下圖所示： 圖 48 校核后的 內(nèi)軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 圖 30 鉆桿的抗擠毀強(qiáng)度分析計(jì)算 擠毀壓力是石油管類的一個(gè)重要物理特性，鉆桿的抗擠毀強(qiáng)度，用于計(jì)算進(jìn)行中途測(cè)試時(shí)，鉆桿內(nèi)部可能出現(xiàn)無液體或者內(nèi)外壓力不平衡而形成的擠毀問題。 根據(jù) API BUL5C3 的規(guī)定，鉆桿