改进石油钻杆有限元静力分析.pdf

第 9期 2 0 1 2年 9月 机 械 设 计 与制 造 Ma c h i ne r y De s i g nMa n u f a c t u r e 27 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 2 0 9 0 0 2 7 0 3 改进石油钻杆有限元静力分析 姬如青王秀梅陈晓君林淼鑫 吕少尉 上海大学 机电工程与自动化学院， 上海 2 0 0 0 7 2 Th e An a l y s i s o f t h e I mp r o v e me n t o f P e t r o l e u m Dr i l l Pi p e F e m S t a t i c J I R u q i n g ， WA N G X i u me i ， C H E N X i a o - j u n ， L I N Mi a o x i n ． L V S h a o w e i S c h o o l o f E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g a n d A u t o m a t i o n ， S h a n g h a i U n i v e r s i t y ， S h a n g h a i 2 0 0 0 7 2 ，C h i n a 【 摘要】 钻杆是回转钻进过程中必不可少的关键设备， 虽然它结构看似非常简单， 但实际上， 在工 作过程中， 它承受着拉伸、 扭转等相 当复杂的外力 ， 在加厚过渡区产生的应力集中现象， 易诱发钻杆管 体断裂， 缩短钻杆寿命 ； 为满足深井、 超深井需求， 提 高钻杆使用寿命， 在 A P I NC 5 0 5 ， 钻杆 的基础上 ． 设 计改进 了近 内平外加厚钻杆 ，通过 U G N X 6 ． 0建立单根钻杆 A P I 及改进模型 ，运用 A n s v s W0 r k b e n c h 1 3 ． 0中的结构静力学模块， 对其在减压钻进 -r - T的受力情况进行 了分析对比。该改进钻杆加大了接 头内径 ， 降低 了最大应力， 改善 了过渡区的应力分布。 关键词 钻杆 有限元； A NS Y S 【 A b s t r a c t 】 D r il l p ip e is 觎 e s s e n t i a l p a r t of R o t ar y d r i l l i n g e q u ip m e n t ．A h h o u g h i t s s t r u c t u r e is v e r y s i m p l e ， i n f a c t , i t i s u n d e r c o m p l e x e x t e r n a l f o r c e s l i k e t e n s i o n a n d t o r s i o n d u r i n g w o r k ． S t r e s s c o n c e n t r a t i o n c a u s e d i n t h e u p s e t t r a n s i t i o n al a r e a c a n e a s i l y l e a d t o t h e b r e a k i n g of d r i l l p ipe b o a n d s h o r t e n t h e Z o f d r i l l p i p e ； t o me e t t h e n e e d s ofd e e p w e l l o r s u p e r d e e p w e l l ， a n d i m p r o v e t h e l if e of d r i l l p ipe ； w e d e s i g n and i m p r o v e i n t e r n a l flu s h a n d e x t e r n al u p s e t d r i l l p ipe o n t h e b a s i s of A P I N C 5 0 5 ． We e s t a b l i s h a s i n g l e A P I and i m p r o v e m o d e l b y u s i n g U G N X 6 ． 0 ． We analy z e a n d c o m p are t h e f o r c e s ofd r i l l i n g w i t h s t r u c t u r al s t a t i c mo d u l e ． T h e i m p r o v e m e n t i n c r e a s e s t h e d i a m e t e r o f ’ j o i n t s ， r e d u c e s t h e mn i mu m s t r e s s ， and i m p r o v e s t h e s t r e s s d i s t r i b u t i o n oft r a n s i t i o n z o n e ． Ke y W o r d s Dr i l l Pi pe ； FEA ； ANSYS 中图分类号 T H1 6 ； T H1 2 3 文献标识码 A 1 弓 I 言 钻 杆 的 刺 穿 事 故 。 在 A P I 石油钻杆生产过程中， 过渡区采用内外加厚的形式 ， 为了提高钻杆使用寿命 ， 同时提高钻井效率， 通过加大钻杆 由于钻杆的内加厚是在自由状态下成型，过渡带的长度很难保 接头处内径，增加过渡带长度对A P I 石油钻杆进行改进优化， 并 证， 成型难度大 ， 工艺质量不稳定 ， 造成过渡区域应力集中， 诱发 通过有限元分析软件 A N S Y S验证方案的可行性。 ★来稿 13 期 2 0 1 1 1 1 2 2 ， 一 L 、 ＼ ／ ／ 一 一一 p ， ／ 一 r - - ／ ／ - _ P 一 一 ． 一 节点 位置 m 图 4优化仿真结果曲线 5结束语 通过 s A算法和S M算法的有机结合， 解决了多媒体传感器 网络中节点能耗的优化问题 ， 通过有效的计算和分析， 使得在一 定的约束条件下曲线具有较高的拟合性， 并对传感器网络节点能 耗的计算和优化具有一定的指导意义， 能够满足一定条件下一定 区域内传感器网络节点的使用， 具有一定的应用价值 ； 但还具有 一 定 的局 限性 ， 比如对更远距离 的自适应 能力 ， 将进一步研究 多 重复杂因素条件下并行 S A S M算法的实现和优化。 参考文献 [ 1 ] 马华东 ， 陶丹． 多媒体传感 器网络及其研究 发展 [ J ] ． 软件 学报 。 2 0 0 6 2 01 3 - 2 0 2 8． 1 2 I C u c c h i a r a R ． M u l t i me d i a s u r v e i l l a n c e s y s t e m s ． I n A g g a r w a l J K， C u e e h i a r a R， C h a n g E， Wa n g Y F ， e d s ．P roc ．o f t h e A C M VS S N 2 0 0 5 [ C J ． N e w Y o r k ACM P r e s s ， 2 0 0 5 1 -1 0 ． [ 3 ] 张瑞华． 基于能量效率的无线传感器网络关键技术研究[ J ] _ 山东大学 学报 ， 2 0 0 7 1 8 - - 4 9 ． 『 4 ] W He i n z e l ma n ． A C h a n d a k a a s a n a n d H B a l a k fi- s h n a m ． A n A p p l i c a t i o n S p e c i f i c P r o t o c o l A c h i t e c t u r e f o r Wi r e l e s s Mi c r o s e n s o r N e t w o r k s 【 J 3 ． I E E ET r a n s a - c t i o n s 0 nWi r e l e s s C o m mu n i c a t i o n s ． 2 0 0 2 ， l 4 6 6 0 - 6 7 0 ． [ 5 ] 陈立周．机械优化设计方法[ M] ． 第3 版． 北京 冶金工业出版社， 2 0 0 9 ． 『 6 ] RMi n ． MB h a d w a j ， NI c k e s ， AWa n g ， a n d AC h a n d r a k a s a n ． T h e h a r d w a r e a n d t h e n e t wo r k To t a l s y s t e m s t r a t e g i e s f o r p o we r a wa r e wi rel e s s mi c r o s e n s o r s f C I ．I n P mc o f I E E E Wo r k s h o p o n Wi r e l e s s C o m mu n i c a t i o n s a n d N e t Wo r k i n g ， P a s a d e n a ， C A ， 2 0 0 2 9 ．