钻具壳体断裂分析与试验评价

姜海翔¹，郝军²

1. 荆楚理工学院机械工程学院2. 中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所

摘 要：为了研究Φ216万向轴壳体特殊锥度螺纹断裂失效原因,分析连接处螺纹的应力状态,根据壳体连接螺纹的有限元计算方程,建立一种特殊锥度螺纹的力学模型,采用了有限元方法对其进行计算,并结合上扣扭矩试验测试,进行了螺纹表面的损伤分析。结果表明:(1)在井斜曲率30°/100m和扭矩为25 kN·m的组合载荷作用下,在第一牙与第二牙牙底处螺纹主应力已经达到或接近屈服强度极限,此处与万向轴壳体的实际断裂部位对应;(2)壳体螺纹连接部分的上扣扭矩过大,超过扭矩值的标准;(3)加热方式拆卸会给螺纹部分附加一次调质处理,影响螺纹部位的晶相组织,使材料韧塑性会变差,表面损伤造成缺口,引起螺纹表面裂纹扩展,这些因素都会增加螺纹部位的疲劳断裂风险。

关键词：万向轴壳体;断裂;有限元;上扣扭矩;晶相组织;