一種防倒扣鉆鋌

喻仲玨 ，陳曉宇 ，劉軍燕

（1西安石油大學(xué) 機械工程學(xué)院 陜西 西安 710065）（2山西北方風(fēng)雷工業(yè)集團有限公司 山西 侯馬 043013）

1 引言

鉆柱在井下的實際運動過程中，由于井下工作環(huán)境復(fù)雜、受力不均等原因，極易產(chǎn)生附加扭矩，使得鉆柱在自轉(zhuǎn)的同時還存在公轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)運動，極易造成鉆柱脫扣現(xiàn)象的產(chǎn)生；螺紋連接處是受交變載荷和震動載荷的，即使未受到卸扣扭矩的作用，也可能發(fā)生預(yù)緊力下降或螺紋松動[1]。在這種情況下，最終會造成鉆井事故或落魚的產(chǎn)生。并且隨著鉆井工藝的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了特殊工藝井或修井作業(yè)，需要鉆柱實現(xiàn)倒轉(zhuǎn)操作。鉆鋌作為鉆柱的重要組成部分，承擔著增加鉆柱壓力，傳遞扭矩和輸送鉆井液的作用，當普通鉆鋌實現(xiàn)倒轉(zhuǎn)時極易造成脫扣而發(fā)生事故。防倒扣鉆鋌則可以很好的解決上述問題。

2 防倒扣鉆鋌基本結(jié)構(gòu)

防倒扣即螺紋防松，其方法按其工作原理可分為摩擦放松、機械放松和破壞螺旋副運動關(guān)系防松等。[2]最行之有效的方法就是機械防松，不僅安全系數(shù)高且便于拆卸，故該種防倒扣鉆鋌的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中接頭部分為雙臺肩螺紋連接，第二小臺肩為工藝臺肩。當鉆鋌出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)時，由于固定銷固定了鉆鋌的上下接頭，故從而無法發(fā)生螺紋的松脫現(xiàn)象，故起到了防脫扣的作用。止動橡膠墊和彈簧的作用是吸震、減震及微調(diào)的作用。

圖1 防倒扣鉆鋌示意圖

3 固定銷尺寸計算

根據(jù)鉆柱鉆井所需的最大扭矩，確定鉆鋌選用扣型，通常情況下選用API標準螺紋[3]即可滿足鉆柱最大扭矩要求。上述結(jié)構(gòu)鉆鋌是在標準螺紋的基礎(chǔ)上增加第二工藝臺肩，第二小臺肩面之間不發(fā)生接觸，故不產(chǎn)生扭矩。旋轉(zhuǎn)臺肩連接所需的上緊扭矩為單臺肩螺紋連接的上緊扭矩如式（1）。

式中，T為上扣扭矩，N·m；S為推薦的上緊扭矩，lbf/in2；A為橫截面積，m2；P為螺距，m；Rt為平均螺紋牙半徑，m；Rs為臺肩接觸的平均半徑，m。

根據(jù)上述式（1）計算出鉆鋌的上扣扭矩后，在不考慮螺旋升角承受純扭矩的前提下，分析截面受力情況如下圖2，根據(jù)平衡條件ΣM0=0計算固定銷尺寸如下：

圖2 鉆鋌公接頭小臺肩面受力分析圖

4 尺寸驗證

計算固定銷及槽的擠壓應(yīng)力，依據(jù)公式（2）和公式（3）進行核算，確定該結(jié)構(gòu)及材料是否滿足使用要求。式中[σbs]為許用擠壓應(yīng)力，MPa；[σ]為許用拉應(yīng)力，MPa；Abs為擠壓面面積，m2。

5 結(jié)語

該種防倒扣鉆鋌概念的提出為特種鉆具的發(fā)展提供了一種新的研發(fā)思路。