连续油管防喷器闸板剪切钻杆过程的力学性能

摘要

剪切闸板对确保油气井钻采作业安全具有重要的作用,但对于剪切钻具过程中闸板自身力学性能的研究则鲜见.为此,根据剪切闸板基本运动规律,按照剪切点接触、切入及穿透钻杆3个阶段,综合考虑剪切闸板结构及作业参数,运用楔形体应力理论,建立相应阶段的闸板刃口应力求解模型;基于新型剪切闸板进行剪切CT90管的数值模拟和室内剪切试验,获得剪切过程中闸板应力及剪切点应力变化规律.研究结果表明:①剪切点未接触CT90管时,闸板V形角中心应力最大,剪切点应力值极小;②剪切点接触CT90管时,闸板刃口剪切点附近区域出现应力集中现象;③剪切点切入CT90管时,剪切点及其楔形边两侧应力最大,达到闸板强度极限1 050 MPa;④剪切点穿透CT90管进入环空区时,刃口倒角与垂直面的交界两侧闸板应力最大;⑤试验显示剪断CT90管后,闸板刃口剪切点附近区域出现裂纹损伤.结论 认为,该研究成果能较好地反映剪切过程中闸板刃口的应力状态及其与钻杆之间的相互作用,可以为剪切闸板的设计制造与现场正确使用提供参考.