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常规液压钳钳牙对防腐蚀合金套管磨损破坏行为分析

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润滑与密封 2016年第2期41卷 116-120页

作者：徐建宁周欣西安石油大学机械工程学院陕西西安710065

目前油田普遍采用的防腐蚀合金(CRA)套管材质较软,工作时常规动力钳易破坏管两端处的表面镀锌层,加速硫化氢对套管的腐蚀。为减轻液压管钳对套管损伤,减缓硫化氢对套管的腐蚀,基于普通液压管钳工作原理,建立钳口力学模型,确定影响管钳... 详细信息

目前油田普遍采用的防腐蚀合金(CRA)套管材质较软,工作时常规动力钳易破坏管两端处的表面镀锌层,加速硫化氢对套管的腐蚀。为减轻液压管钳对套管损伤,减缓硫化氢对套管的腐蚀,基于普通液压管钳工作原理,建立钳口力学模型,确定影响管钳加紧的具体因素。根据摩擦疲劳学理论,分析钳牙对套管的磨损成因和磨损过程,通过钳牙与油管上卸扣实验发现,磨损与接触区域、循环次数、相互接触材料等因素有明显关系。通过分析接触区域的应力应变,表明影响钳牙对套管的磨损的主要因素是摩擦因数、接触载荷,并且摩擦因数对拉伸应变的影响更加明显。

关键词：硫化氢腐蚀套管液压管钳钳牙摩擦损伤

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铁钻工冲扣钳结构优化与钳牙承载能力分析

铁钻工冲扣钳结构优化与钳牙承载能力分析

作者：侯香港西安石油大学

学位级别：硕士

在石油钻井、修井过程中钻柱(管柱)的上卸扣是起下钻作业中的关键环节,铁钻工是当今钻柱(管柱)上卸扣作业自动化程度最高的装备。冲扣钳作为铁钻工重要的执行机构,它的作用是完成上扣和卸扣的动作,承载着极大的载荷。其中,钳牙性能的优... 详细信息

在石油钻井、修井过程中钻柱(管柱)的上卸扣是起下钻作业中的关键环节,铁钻工是当今钻柱(管柱)上卸扣作业自动化程度最高的装备。冲扣钳作为铁钻工重要的执行机构,它的作用是完成上扣和卸扣的动作,承载着极大的载荷。其中,钳牙性能的优劣会直接的影响到铁钻工上卸扣的工作效率,但是传统的钳牙在进行冲扣时会咬入钻柱(管柱)。通过对目前国内外的铁钻工的发展状况进行总结,分析目前铁钻工存在的问题,列举几款性能优异的铁钻工产品,并对目前铁钻工冲扣钳所使用的钳牙形式进行分析研究,从而确定了研究课题所需要的研究内容。对铁钻工冲扣钳的结构、工作原理、技术参数和运动状况等方面进行分析说明,确定具体的结构形式,使用Solid Works绘图软件建立冲扣钳相关核心部件的三维模型。以滚子式钳牙代替传统的钳牙,这会显著的减少钻柱(管柱)的损伤。通过设计一种全新的铁钻工冲扣钳的旋转机构,该机构可以使铁钻工钳体连续地旋转,实现冲扣和旋扣连续不间断运行,以达到提高工作效率的目的,同时可简化铁钻工结构。分析了滚子式钳牙与钻柱(管柱)之间的接触应力情况,并得出滚子式钳牙承载能力分析模型,进而得出了影响承载的能力的相关因素,并利用有限元软件对夹紧臂进行应力分析校核。对影响滚子式钳牙承载能力的参数进行敏感性分析,得出对承载能力影响最大的参数,完成的有限元分析模拟验证了相关参数组合下滚子的承载能力。进行冲扣机构和滚子式钳牙的试验研究,利用MATLAB软件对钳牙的影响参数和关键机构之一的蜗轮蜗杆传动系统进行优化。并对优化后的钳牙进行有限元模拟,以保证冲扣钳进行冲扣时的稳定性和可靠性。

关键词：铁钻工冲扣钳机构优化钳牙力学分析

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一种铁钻工圆柱钳牙制造工艺与分析

机械工程师 2020年第5期 147-149页

作者：程晓丽郭小艳郭冬贾涛石超田建礼宝鸡石油机械有限责任公司陕西宝鸡721002 国家油气钻井装备工程技术研究中心陕西宝鸡721002

钳牙是铁钻工完成上卸扣作业的关键部件之一,其工况条件恶劣,要求其材料强度高,使用寿命长。钳牙在制造时加工精度高、难度大,且缺乏精密的检测手段。针对上述难题,文中从钳牙材质的选择着手,通过对钳牙机械加工方法及热处理方法的分析... 详细信息

钳牙是铁钻工完成上卸扣作业的关键部件之一,其工况条件恶劣,要求其材料强度高,使用寿命长。钳牙在制造时加工精度高、难度大,且缺乏精密的检测手段。针对上述难题,文中从钳牙材质的选择着手,通过对钳牙机械加工方法及热处理方法的分析,形成了一套钳牙的制造工艺,经过试验及现场应用验证,整体性能优良。

关键词：铁钻工钳牙加工工艺

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铁钻工钳牙的现状

河南科技 2013年第11期32卷 137-137页

作者：魏磊西安石油大学机械工程学院陕西西安710065

铁钻工作为石油钻采自动化中的重要设备,而铁钻工钳牙则为铁钻工的关键部件,钳牙的好坏直接影响铁钻工的性能好坏,所以我们有必要对钳牙的现状做一些分析,从而对钳牙的优化设计起到一定的促进作用。

关键词：铁钻工钳牙现状

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集成式铁钻工冲扣装置结构研究及性能分析

集成式铁钻工冲扣装置结构研究及性能分析

作者：杨康帅吉林大学

学位级别：硕士

铁钻工作为一种自动化井口设备,可以远程遥控完成钻具的旋扣和冲扣任务,是现代化钻井作业中不可或缺的一环。针对目前铁钻工钳体体积及重量大、对中性及运动平稳性差等问题,本文研究确定了新型铁钻工的结构方案,并着重对铁钻工的冲扣装... 详细信息

铁钻工作为一种自动化井口设备,可以远程遥控完成钻具的旋扣和冲扣任务,是现代化钻井作业中不可或缺的一环。针对目前铁钻工钳体体积及重量大、对中性及运动平稳性差等问题,本文研究确定了新型铁钻工的结构方案,并着重对铁钻工的冲扣装置展开研究,旨在提高冲扣钳的对中性,保证冲扣过程平稳可靠,同时对冲扣钳的钳牙牙型进行优化分析,以提高钳牙强度,减小夹紧钻具时对钳牙和钻具造成的损伤,提高钳体和钻具的使用寿命。论文首先分析国内外铁钻工及其冲扣装置的研究状况,归纳总结目前铁钻工存在的主要问题,在此基础上研究并确定了新型伸缩式铁钻工的结构方案,对新型铁钻工整体结构及工作原理进行了论述。结合实际工作需求,确定冲扣装置的夹紧方案和扭转方案,进而对夹紧液压缸和扭转液压缸进行选型计算;对夹紧过程中冲扣钳的运动学特性进行理论分析,建立其与夹紧油缸和动臂之间的运动关系表达式,通过Matlab软件得到对应关系曲线图。对钳牙的牙型角、钳牙高度等主要参数进行理论分析,分析钳牙与钻具之间的接触情况,推导当量摩擦系数和防止打滑现象发生的必要条件;分析钳牙咬入深度和咬入条件,对钳牙和钻具进行强度校核;通过正交实验法得到各因素对当量摩擦系数影响的显著性。通过ADAMS软件对冲扣装置进行运动学和动力学分析,得到冲扣钳、动臂和夹紧油缸间的运动关系,对理论公式进行验证;对比两侧冲扣钳和动臂的运动曲线,分析夹紧过程中运动同步性;求解冲扣钳夹持不同尺寸钻具时的接触力,对受力曲线进行分析。利用ANSYS Workbench软件对冲扣装置进行有限元分析,得到动臂、对中滑板和上钳座的应力分布和变形情况,验证强度是否满足要求;基于分析当量摩擦系数得到的牙顶角最佳范围,对三种牙顶角的钳牙在夹紧钻具状态下进行静力学分析,得到应力分布情况并将结果进行比对,获得牙顶角最佳选择。

关键词：铁钻工冲扣装置钳牙动力学同步性有限元

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微牙痕液压管钳牙板设计及性能分析研究

微牙痕液压管钳牙板设计及性能分析研究

作者：周欣西安石油大学

学位级别：硕士

随着我国油气田的开发进入中后期,井下环境复杂恶劣,存在大量以硫化氢为主的腐蚀性气体,对井下管柱造成严重的腐蚀破坏。油田陆续将普通套管更换为耐腐蚀合金(CRA)套管后,可以最大程度的减少腐蚀带来的影响。但使用常规液压钳对套管上... 详细信息

随着我国油气田的开发进入中后期,井下环境复杂恶劣,存在大量以硫化氢为主的腐蚀性气体,对井下管柱造成严重的腐蚀破坏。油田陆续将普通套管更换为耐腐蚀合金(CRA)套管后,可以最大程度的减少腐蚀带来的影响。但使用常规液压钳对套管上卸扣作业时,CRA套管两端面覆盖的镀锌层会被钳牙划伤破坏,成为腐蚀的薄弱环节。因此,必须改进常规楔形体钳牙结构,设计出锥形体结构钳牙。本文主要研究内容如下:(1)通过查阅中外文献,了解近年来国内外微牙痕和无牙痕钳牙发展现状,技术特点以及现场应用情况。总结套管腐蚀的影响因素,分析套管腐蚀模型,了解硫化氢腐蚀的成因和特点。(2)根据液压钳结构组成以及工作原理,依据摩擦疲劳学理论,解释了钳牙对套管的磨损成因和磨损过程;对钳牙与套管接触的摩擦区域建立模型,求出钳牙和套管的接触应力与应变函数,确定出影响牙痕深浅的主要因素;分析钳牙咬紧套管过程中发生的弹塑性变形。(3)针对常规楔形体钳牙和锥形体钳牙,建立力学模型,依据弹塑性力学理论,在液压钳上扣过程中的不同阶段,对钳牙与套管进行接触应力分析,求出应力函数,得出钳牙应力分量。分析钳牙逐渐咬紧套管过程中,套管材料表面发生的弹塑性变形。(4)利用Pro/E三维软件对钳牙建模,利用ANSYS有限元软件,根据影响牙痕深浅的主要因素,对钳牙咬紧套管进行有限元模拟,根据模拟结果,综合分析比较,得出最优钳牙。

关键词：钳牙微牙痕套管磨损接触分析有限元

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铁钻工钳牙关键参数优化设计

铁钻工钳牙关键参数优化设计

作者：魏磊西安石油大学

学位级别：硕士

在油田自动化钻井生产中，铁钻工是目前最先进的扭矩旋扣设备，可完成钻杆、套管等钻具的旋扣连接工作，是现代化钻井中重要的自动化设备之一。通过调研，发现每年油田公司报废的铁钻工钳牙和钻杆数量非常巨大，铁钻工钳牙报废的主要... 详细信息

在油田自动化钻井生产中，铁钻工是目前最先进的扭矩旋扣设备，可完成钻杆、套管等钻具的旋扣连接工作，是现代化钻井中重要的自动化设备之一。通过调研，发现每年油田公司报废的铁钻工钳牙和钻杆数量非常巨大，铁钻工钳牙报废的主要原因是牙尖磨损和断裂，钻杆报废的主要原因是连接头处的钳牙牙痕。钳牙是铁钻工的关键零部件，钳牙质量的好坏在很大程度上影响着铁钻工的工作效率和与其接触的管杆件的使用寿命，所以对铁钻工钳牙的相关参数进行优化设计非常重要。性能优良的铁钻工钳牙首先要有足够大的摩擦系数，以保证上卸扣时不致打滑;其次是在大扭矩受力情况下钳牙不致于咬伤钻杆等管杆件。本文通过对铁钻工钳牙的牙型角、齿面分布、塑性屈服准则、咬入深度和当量摩擦系数等相关参数进行理论分析，得出这些参数之间的相互关系和参数的变化对钳牙工作情况的影响。应用正交优化法对铁钻工钳牙的牙型角、齿高、齿间距三个关键参数进行了优化设计，优化后得出的牙型角为110o，齿高为2mm，齿间距为4mm。应用ANSYS软件对铁钻工钳牙和钻杆进行接触有限元分析，计算得出钳牙在与钻杆接触处出现最大应力，该最大应力在本论文允许的许用应力值之内;钻杆接触处的牙痕深度在本论文规定的允许牙痕深度值1mm之内。最大应力和牙痕深度均符合本论文设计要求。

关键词：铁钻工钳牙参数优化设计

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钻分级箍管柱防反转工具设计与应用

石油矿场机械 2019年第2期48卷 66-69页

作者：刘玉洲王方祥刘楠刘康乐赵增权张博渊中国石油渤海钻探工程有限公司井下技术服务分公司天津300283

在钻分级箍时,现有防管柱反转方法的作业效率低、作业成本高,存在安全风险。设计了一种操作简单的管柱防反转工具,对该工具夹紧装置的钳牙部分进行了优化设计,并开展了防反转工具的现场应用。结果表明,防反转工具安全有效,可提高钻分级... 详细信息

在钻分级箍时,现有防管柱反转方法的作业效率低、作业成本高,存在安全风险。设计了一种操作简单的管柱防反转工具,对该工具夹紧装置的钳牙部分进行了优化设计,并开展了防反转工具的现场应用。结果表明,防反转工具安全有效,可提高钻分级箍的工作效率,提高机械钻速5.25倍,缩短了施工周期,不损伤钳牙和井口管柱,解决了钻分级箍时管柱反转问题。

关键词：钻分级箍管柱反转防反转工具钳牙

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140S1铁钻工上、卸扣效率的提高及优化

机械工程师 2023年第4期 71-73页

作者：王玉范向增韩亚洲段宝军姜振祥王潇潇宝鸡石油机械有限责任公司陕西宝鸡721002

以140S1铁钻工为研究对象,从旋扣钳滚轮旋扣、冲扣钳紧扣为切入点,优化设计并加工了不同结构型式、材料、表面硬度、渗碳层厚度及包络半径等的滚轮和钳牙;根据控制变量法原则,通过试验验证滚轮和钳牙对上、卸扣效率的影响程度。

关键词：上、卸扣滚轮钳牙回转角渗碳层