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题名螺杆钻具十字万向轴瓣齿裂纹扩展规律
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作者
刘书杰
马传华
叶道辉
肖平
关勤勤
张锐尧
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机构
中海油海南能源有限公司
中国石化江钻石油机械有限公司
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出处
《特种油气藏》
北大核心
2025年第3期168-174,共7页
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基金
国家重点研发计划“3000米级深海油气钻探关键技术与装备研究”(2022YFC2806500)
国家自然科学基金联合基金“海相深层高温高压钻完井工程基础理论及控制方法”(U19B6003-05)。
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文摘
为了解决螺杆钻具十字万向轴在井下复杂载荷条件下瓣齿易断裂、使用寿命短的问题,提出了梯形、矩形或扇形的瓣齿截面结构优化方案,基于断裂理论和裂纹扩展数值模拟方法,建立了虚拟裂纹扩展仿真物理模型,研究了裂纹分别位于瓣齿根部左侧(Ⅰ区)、中间(Ⅱ区)、右侧(Ⅲ区)时,原结构与优化结构在裂纹区域的等效应力与裂纹应力强度因子分布规律,并开展现场测试对优化结构的使用效果进行了验证。研究表明:当裂纹分布在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区时,优化结构均可以减小裂纹尖端等效应力与应力强度因子,裂纹扩展能力平均降低18.6%、16.2%、12.1%,其中,矩形截面强化结构为最优方案。裂纹位于瓣齿根部Ⅱ区时,裂纹尖端应力最大,扩展能力也最强;当裂纹位于瓣齿根部Ⅰ区时,裂纹尖端应力最小,裂纹扩展能力最弱,当裂纹位于瓣齿根部Ⅲ区时,扩展能力居于两者之间。现场测试结果验证了优化结构的可靠性,平均使用寿命可提升18.77%。该研究可为十字万向轴瓣齿的寿命预测与结构优化提供借鉴。
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关键词
螺杆钻具
十字万向轴
瓣齿优化
断裂
裂纹扩展
应力强度因子
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Keywords
screw drilling tools
cardan universal joint
petal tooth optimization
fracture
crack pattern
stress intensity factor
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分类号
TE27
[石油与天然气工程—油气井工程]
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