钻杆加厚过渡带轴向长度的优化设计

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钻杆作为石油钻柱的主要组成部件之一,在石油工业中发挥着不可或缺的作用。数据表明钻杆加厚过渡带的尺寸对钻杆的寿命有着显著影响,因此对钻杆加厚过渡带的尺寸进行深入研究具有重要的理论及实践意义。本文以规格为Ф127×12.7mm的石油钻杆管端为研究对象,进行了如下研究:  1.通过气体喷砂试验研究加厚过渡带轴向长度对磨损的影响。保持钻杆其它尺寸相同,选取轴向长度分别为90mm、135mmm、180mm的3组尺寸,然后按1:3.175的比例加工试验用试件,通过喷砂实验观察并测量试件加厚过渡带的磨损情况。结果显示:同一喷砂条件下,轴向长度的变化对试件两端的压差影响很小;试件加厚过渡带部位的整体磨损程度随轴向长度的增加而显著减小:加厚过渡带靠近管体的部分比靠近管端的部分磨损情况要稍微严重,磨损量在过渡带与管端交界处达到最大值。  2.试件内气固两相流数值模拟。通过流体仿真软件FLUENT对试件内的流场进行数值模拟,结合模拟结果与实验结果分析加厚过渡带消失处产生刺漏的原因以及轴向长度变化对加厚过渡带流场特性的影响。结果显示:加厚过渡带消失处易产生刺漏的原因是该处节点压力最大;同一工况下,轴向长度的变化对钻杆内部的流场特性影响很小。  3.轴向尺寸优化。结合影响磨损的因素及数值模拟结果,得出冲击角是同一工况下影响磨损的主要因素。选择合适的磨损模型并计算不同轴向长度下加厚过渡带处的相对磨损量,进而确定轴向长度的合理尺寸。结果显示:Finnie提出的模型与实验结果符合较好,在此基础上得出该规格钻杆的合理轴向尺寸为200mm。
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