钻杆矫直原理分析及矫直机构设计

摘要

在油田的开发过程中需要使用大量的钻杆、套管和油管,这些管材在使用时经常发生弯曲变形现象,特别是钻井过程中使用的钻杆发生弯曲变形的现象更多,很多钻杆弯曲变形后无法继续使用。为了节省材料、降低成本,保证现场工作的顺利进行,采用先进的工艺修复变形的钻杆具有重要的实际意义。
　　 本文在现有矫直理论的研究基础上结合钻杆的材料特性,依据金属材料的弹塑性变形理论建立了钻杆压力矫直过程的力学模型,分析了矫直过程中压力载荷与矫直行程之间的关系,并推导出了相应的数学表达式。利用数值模拟方法对钻杆矫直过程中应力应变间的关系进行了分析,并通过分析数据对理论计算公式进行了一定的修正。
　　 目前用于管材矫直的设备主要分为两大类,其中辊式矫直设备已经做得比较成熟,但是由于钻杆的两端存在有直径较大的接箍使得钻杆整体上存在凸缘,不方便在辊式矫直设备上进行矫直,所以本文采用了液压三点式矫直方案。针对钻杆这类大直径、大跨距的待矫管材,根据其矫直特点设计了相应的矫直机构,其中主要包括矫直机的可移动主机机构、钻杆旋转机构、上料机构、机架以及可移动支座等。使用三维建模软件建立了各机构的三维实体模型并利用有限元分析方法对部分机构的关键部件进行了强度分析,最后利用3Dsmax软件模拟了各机构以及整机在实际工作时的动作过程。
　　 本文的研究为钻杆矫直机的矫直计算提供了一定的理论依据,同时也为矫直机的研制开发提供了一定的参考。