CN102410963A - 一种测试石油钻具螺纹接头疲劳寿命的实验装置 - Google Patents

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林元华
曾德智
严仁田
刘飞
施太和
朱红钧
朱达江
王其军
周莹
谢娟
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Abstract

本发明提供一种测试石油钻具螺纹接头疲劳寿命的实验装置,包括:底座、导轨、电动机、联轴器、浮动轴承、调心滚子轴承、固定端弹簧夹具、弯矩施加装置、挠度测量仪、尾座、计数器。按四点弯曲原理,利用弯矩施加装置向钻具螺纹接头施加弯曲应力;通过电动机带动固定端弹簧夹具旋转,使钻具螺纹接头在一定扭矩下旋转,能较真实地模拟钻具在井下的复合交变应力工作条件。本发明适用于全尺寸钻具疲劳寿命测试研究。

Description

一种测试石油钻具螺纹接头疲劳寿命的实验装置
技术领域
本发明涉及石油钻采设备中测试全尺寸石油钻具螺纹接头疲劳寿命的实验装置。
背景技术
在石油、天然气钻井过程中,通过螺纹接头联接的石油钻具,是传递动力、输送泥浆的主要工具。钻井过程中的钻具螺纹接头与井壁摩擦碰撞,处在轴向拉伸、弯矩和扭矩复合交变应力工况条件下工作,往往成为整个钻柱中最薄弱的环节。在石油、天然气钻井中的诸多钻具断裂事故中,很多是由于疲劳破坏引起的。而一旦发生钻具疲劳断裂的事故,将造成很大的经济损失。
因此,对石油钻具进行疲劳失效机理研究具有重要意义。现有的疲劳实验机只能模拟钻柱材料按国标加工成的标准试件情况下材料的疲劳寿命,不能进行大型的石油钻具的全尺寸实物疲劳实验。目前,国内还没有一台可以模拟全尺寸石油钻具的疲劳实验装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种测试石油钻具螺纹接头疲劳寿命的实验装置,解决不能对全尺寸钻具进行疲劳寿命测试的问题,为研究石油钻具疲劳断裂机理和评价新型螺纹接头性能提供实验依据。
为实现上述目的,本发明采取以下技术方案:
一种测试石油钻具螺纹接头疲劳寿命的实验装置,包括:底座、导轨、电动机、联轴器、浮动轴承、调心滚子轴承、固定端弹簧夹具、弯矩施加装置、挠度测量仪、尾座、计数器。在底座的一端安置电动机;电动机与联轴器相联;联轴器依次联接浮动轴承和调心滚子轴承;在调心滚子轴承的一端设置头部固定端弹簧夹具;在底座的另一端放置尾座,尾部固定端弹簧夹具与尾座联接;头尾两个固定端弹簧夹具分别固定钻具试样的两端并施加扭矩;弯矩施加装置放置于钻具试样下端,并可在导轨上移动并固定;在两个弯矩施加装置之间的钻具试样下方设置一挠度测量仪;在尾座的另一端设置计数器对钻具试样的旋转圈数进行计数。
本发明的优点在于:
(1)克服了按国标加工标准试件进行钻具材料的疲劳寿命测试的不足,可实现全尺寸石油钻具螺纹接头的实物疲劳寿命测试实验;
(2)可同时施加扭矩和弯矩,能较真实地模拟钻具在井下的复合交变应力工作条件;
(3)弯矩施加装置能在导轨上轴向移动并固定,利用四点弯曲原理向钻具螺纹接头施加弯曲应力;
(4)计数器可记录实验时间及钻具试样疲劳周次,在钻具试样断裂失效之后,能马上停止计数。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明弯矩施加装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例,对本发明进行详细的描述。
参看图1,本发明包括:底座10、导轨12、电动机1、联轴器2、浮动轴承3、调心滚子轴承4、固定端弹簧夹具5和5′、弯矩施加装置6和6′、挠度测量仪11、尾座8、计数器9。在底座10的一端安置电动机1;电动机1与联轴器2相联;联轴器2依次联接浮动轴承3和调心滚子轴承4;在调心滚子轴承4的一端设置头部固定端弹簧夹具5;在底座10的另一端安置尾座8,尾部固定端弹簧夹具5′与尾座8联接;头尾两个固定端弹簧夹具5、5′分别固定钻具试样7的两端并施加扭矩;弯矩施加装置6、6′放置于钻具试样7下端,并可在导轨12上移动并固定;在两个弯矩施加装置6、6′之间的钻具试样7下方设置一挠度测量仪11;在尾座8的另一端设置计数器9对钻具试样7的旋转圈数进行计数。
所述的固定端弹簧夹具5、5′结构相同,弯矩施加装置6、6′结构相同。
所述的固定端弹簧夹具5、5′可以夹持外径Φ73.025mm~Φ203.2mm的石油钻具。
参看图2,弯矩施加装置6、6′包括:托杯16、手柄17、螺母套筒18、螺杆19、降温装置15、支撑滚轮14和14′、钻具试样保护装置13。钻具试样7由支撑滚轮14、14′支撑,支撑滚轮14、14′置于托杯16上,托杯16与螺杆19相联,螺杆19与螺母套筒18相配合,手柄17设置于螺杆19上,降温装置15置于支撑滚轮14、14′的外围。沿螺杆19的轴向转动手柄17,螺杆19在螺母套筒18的螺纹配合下升降,带动托杯16升降,使支撑滚轮14、14′升降,将作用力传递给钻具试样7,达到对钻具试样7施加弯矩的目的;设置于支撑滚轮14、14′外围的降温装置15,可避免支撑滚轮14、14′在连续载荷下受热变形;在钻具试样7外部的钻具试样保护装置13,可防止实验过程中钻具试样7弹出伤人。
所述的支撑滚轮14、14′结构相同,支撑滚轮14、14′可随钻具试样7的旋转而自身转动。
如图1所示,本发明使用时,首先松开固定端弹簧夹具5、5′,调整尾座8在导轨12上的距离,放入钻具试样7;然后调节固定端弹簧夹具5、5′,使钻具试样7两端固定;确定弯矩施加装置6、弯矩施加装置6′、尾座8的距离;转动手柄17,使钻具试样7到达挠度测量仪11预定的位置,达到施加弯矩的目的;启动电动机1,使固定端弹簧夹具5、5′夹持试验钻具7在一定扭矩下进行旋转,以实现对与弯矩施加装置6、6′接触处的钻具试样7的周向施加交变载荷的目的;计数器9对钻具试样7的疲劳周次进行记数,并在钻具试样7断裂失效之后,马上停止计数。
实验结束后,采用与上述过程相反的步骤取下钻具试样,按相关评定方法及相应标准对钻具试样进行疲劳断面分析。

Claims (1)

1.一种测试石油钻具螺纹接头疲劳寿命的装置,其特征在于该装置包括底座(10)、导轨(12)、电动机(1)、联轴器(2)、浮动轴承(3)、调心滚子轴承(4)、固定端弹簧夹具(5)和(5′)、弯矩施加装置(6)和(6′)、挠度测量仪(11)、尾座(8)、计数器(9);在底座(10)的一端安置电动机(1);电动机(1)与联轴器(2)相联;联轴器(2)依次联接浮动轴承(3)和调心滚子轴承(4);在调心滚子轴承(4)的一端设置头部固定端弹簧夹具(5);在底座(10)的另一端安置尾座(8),尾部固定端弹簧夹具(5′)与尾座(8)联接;头尾两个固定端弹簧夹具(5)、(5′)分别固定钻具试样(7)的两端并施加扭矩;弯矩施加装置(6)、(6′)放置于钻具试样(7)下端,并可在导轨(12)上移动并固定;在两个弯矩施加装置(6)、(6′)之间的钻具试样(7)下方设置一挠度测量仪(11);在尾座(8)的另一端设置计数器(9)对钻具试样(7)的旋转圈数进行计数。
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