金刚石绳索取心钻杆接头螺纹的优化研究

【摘要】：金刚石绳索取心钻进技术在我国已有30 多年的应用历史,已经形成了一套较完整的钻进工艺和操作规程。但绳索取心钻具的结构及强度基本保持原有水平,钻杆强度低、使用寿命短、工作可靠性差,深孔钻进事故率高,钻杆折断事故时有发生,不能满足矿产勘探绳索取心钻进的需要。为适应矿产勘探及未来发展的需要,缩小与国外的差距,我们以金刚石绳索取心钻杆柱和接头螺纹为研究对象,对其结构尺寸、螺纹几何参数等方面进行了深入的理论分析,建立力学模型实现仿真优化设计,力求使我国的绳索取心钻杆设计和应用达到一个较高水平。 运用静力学有限元理论,借助于目前国际上通用的大型有限元分析软件ANSYS 对绳索取心钻杆建立结构三维静力学有限元分析模型。定性模拟计算钻杆和接头螺纹在工作状态下的应力场、应变位移场等的分布状况。通过结构静力学研究探索制约钻杆寿命的主要因素。 以接触非线性有限元理论为基础,对钻杆接头的连接螺纹进行细致的理论分析,建立接头螺纹非线性有限元分析的力学模型,得出接头螺纹关键区域的应力场、应变位移场等的分布情况,分析了螺纹变形、破坏及失效的主要形式。在此基础上,对接头螺纹的牙型参数进行了全面优化,对优化后的接头螺纹试件进行了极限强度对比试验。结果表明接头螺纹的连接强度和可靠性得到了显著提高,与仿真计算结果也有较好的吻合。 通过本课题的研究工作,完成了对金刚石绳索取心钻具的理论分析和仿真优化设计,建立了一套对钻杆柱整体强度的分析方法,构建了接头螺纹接触非线性有限元分析模型,实现了运用现代先进CAE 技术对金刚石绳索取心钻具的结构优化,改进型钻具成功地应用于生产实践并产生了显著的经济效益。此系列研究工作在国内还未见报道,尚属于一种开拓性的工作。