一種防倒扣鉆鋌

喻仲玨 ，陳曉宇 ，劉軍燕

（1西安石油大學 機械工程學院 陜西 西安 710065）（2山西北方風雷工業集團有限公司 山西 侯馬 043013）

1 引言

鉆柱在井下的實際運動過程中，由于井下工作環境復雜、受力不均等原因，極易產生附加扭矩，使得鉆柱在自轉的同時還存在公轉或反轉運動，極易造成鉆柱脫扣現象的產生；螺紋連接處是受交變載荷和震動載荷的，即使未受到卸扣扭矩的作用，也可能發生預緊力下降或螺紋松動[1]。在這種情況下，最終會造成鉆井事故或落魚的產生。并且隨著鉆井工藝的不斷發展，出現了特殊工藝井或修井作業，需要鉆柱實現倒轉操作。鉆鋌作為鉆柱的重要組成部分，承擔著增加鉆柱壓力，傳遞扭矩和輸送鉆井液的作用，當普通鉆鋌實現倒轉時極易造成脫扣而發生事故。防倒扣鉆鋌則可以很好的解決上述問題。

2 防倒扣鉆鋌基本結構

防倒扣即螺紋防松，其方法按其工作原理可分為摩擦放松、機械放松和破壞螺旋副運動關系防松等。[2]最行之有效的方法就是機械防松，不僅安全系數高且便于拆卸，故該種防倒扣鉆鋌的基本結構如圖1所示，圖中接頭部分為雙臺肩螺紋連接，第二小臺肩為工藝臺肩。當鉆鋌出現倒轉時，由于固定銷固定了鉆鋌的上下接頭，故從而無法發生螺紋的松脫現象，故起到了防脫扣的作用。止動橡膠墊和彈簧的作用是吸震、減震及微調的作用。

圖1 防倒扣鉆鋌示意圖

3 固定銷尺寸計算

根據鉆柱鉆井所需的最大扭矩，確定鉆鋌選用扣型，通常情況下選用API標準螺紋[3]即可滿足鉆柱最大扭矩要求。上述結構鉆鋌是在標準螺紋的基礎上增加第二工藝臺肩，第二小臺肩面之間不發生接觸，故不產生扭矩。旋轉臺肩連接所需的上緊扭矩為單臺肩螺紋連接的上緊扭矩如式（1）。

式中，T為上扣扭矩，N·m；S為推薦的上緊扭矩，lbf/in2；A為橫截面積，m2；P為螺距，m；Rt為平均螺紋牙半徑，m；Rs為臺肩接觸的平均半徑，m。

根據上述式（1）計算出鉆鋌的上扣扭矩后，在不考慮螺旋升角承受純扭矩的前提下，分析截面受力情況如下圖2，根據平衡條件ΣM0=0計算固定銷尺寸如下：

圖2 鉆鋌公接頭小臺肩面受力分析圖

4 尺寸驗證

計算固定銷及槽的擠壓應力，依據公式（2）和公式（3）進行核算，確定該結構及材料是否滿足使用要求。式中[σbs]為許用擠壓應力，MPa；[σ]為許用拉應力，MPa；Abs為擠壓面面積，m2。

5 結語

該種防倒扣鉆鋌概念的提出為特種鉆具的發展提供了一種新的研發思路。