石油钻杆接头闭塞挤压成形数值模拟及实验研究

作     者：李龙 

作者单位：安徽工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑光文

授予年度：2014年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 082001[工学-油气井工程] 08[工学] 

主      题：钻杆接头 闭塞挤压 数值模拟 物理模拟 

摘      要：钻杆接头是石油钻井过程中用于连接钻杆、保护钻杆管体不被磨损的重要部件。在钻井作业中,接头要在拉伸、弯曲、扭转等多种复杂载荷以及恶劣的环境作用下工作。这就要求接头件要有很好的综合力学性能、抗疲劳性能、耐腐蚀性等。因此,对接头成形工艺的研究有着重要意义。目前,钻杆接头的锻造工艺主要是采用压力机单向挤压成形方法。少数企业采用水平卧式挤压方法双向挤压。前者成形工序多,效率低。后者生产效率高,但是设备投资大。本文结合石油钻杆接头的结构特点及浮动凹模原理提出一种基于普通压力机的立式闭塞锻造工艺,并采用专用闭塞挤压工具实现钻杆接头的对向挤压成形。本文借助UG软件,建立了钻杆接头成形工艺三维模型,利用DEFORM-3D软件对钻杆接头成形过程进行了热力耦合分析,研究了接头锻件各个变形阶段的金属流动规律,应力场、应变场、温度场的分布,挤压力、合模力与行程之间的关系以及模具预热温度、摩擦因子、挤压速度对成形载荷的影响,并获得了钻杆接头闭塞热挤压过程的基本工艺参数。物理模拟实验与数值模拟分析的结合能够准确地反映实际的成形过程,因此对钻杆接头成形过程进行物理模拟实验是很有必要的。本文以相似理论为基础,采用纯铅作为模拟材料,设计了钻杆接头立式闭塞对向挤压成形工艺的物理模拟实验。对接头件成形质量以及成形力进行分析研究,验证了数值模拟实验的正确性和工艺的可行性,为实际生产提供强有力的依据。