螺桿鉆具打撈工具地面實驗研究

蘇婧楠

摘 要：新開發(fā)的螺桿鉆具在性能上、工作穩(wěn)定程度上都有待探索，本文為了驗證新技術(shù)，即螺桿鉆具打撈工具的具體使用情況，在室內(nèi)對其進(jìn)行了不同的落魚材料地面實驗，結(jié)果顯示，當(dāng)打撈45#鋼落魚時，螺桿鉆具表現(xiàn)出來的效果相對較差，如果對強(qiáng)度大的螺桿鉆具打撈工具落魚實施打撈造扣，能夠?qū)⑶邢飨碌蔫F屑進(jìn)行排除，同時還有效保護(hù)了新扣的安全，減少破壞的出現(xiàn)，得到完美的扣型，在實驗中，可以完成大致6牙的螺紋，并且還能成功地將井下螺桿鉆具落魚打撈。

關(guān)鍵詞：螺桿鉆具；打撈工具；落魚；實驗

此款打撈工具的特殊性在于部分部位的改造，在特錐扣接頭和打撈工具上部分接頭的強(qiáng)度都進(jìn)行了分析和加強(qiáng)，并通過理論分析和有限元力學(xué)等知識，確定了最合適的強(qiáng)度設(shè)置，在很大程度上確保了螺桿鉆具打撈工具的安全性和可靠性以及其造扣功能的正常發(fā)揮。參與本次實驗的螺桿鉆具打撈工具試制品是由機(jī)械廠定制的∮185mm和∮172mm，并在實驗過程中將∮185mm應(yīng)用到油田現(xiàn)場的井下實驗中，而∮172mm也參與到了某大學(xué)的地面實驗研究中，以便獲得其在正常工作中的相關(guān)參數(shù)，為今后的使用提供數(shù)據(jù)支撐。另外在實驗中，主要采用45#鋼、螺桿鉆具自身的兩種材料來完成地面打撈實驗，這樣能夠更好的完成校驗打撈工具的性能測試，也能得到非常精準(zhǔn)的性能數(shù)據(jù)，對于今后的發(fā)展都有非常大的幫助。

1 實驗的裝置設(shè)計及其原理

螺桿鉆具打撈工具的室內(nèi)打撈過程模擬，需要專業(yè)的技術(shù)支撐和專業(yè)的機(jī)械支持，在本次實驗中采用的是某大學(xué)裝備實驗室內(nèi)的JZY-I型具有多種用途的鉆具拆裝架，并對其進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母脑?，為后來的螺桿鉆具打撈工具實驗的完成創(chuàng)造了條件，以便其充分發(fā)揮造扣打撈功能。

實驗裝置的工作原理是，將螺桿鉆具打撈工具在實驗裝置臺架上進(jìn)行固定，打撈工具不能發(fā)生任何松動或旋轉(zhuǎn)，但是在液壓系統(tǒng)的推動下，打撈工具可以發(fā)生軸向運(yùn)動，當(dāng)在打撈工具上施加鉆壓，將被打撈的落魚固定到和打撈工具同軸但不同的臺架上，落魚在液壓系統(tǒng)的作用下能夠發(fā)生旋轉(zhuǎn)，但是卻不可發(fā)生相應(yīng)的軸向運(yùn)動，所以說，在整個實驗過程中，螺桿鉆具打撈工具是一直沿著軸向進(jìn)行運(yùn)動，而落魚則進(jìn)入打撈工具引鞋系統(tǒng)銑齒部位完成毛刺規(guī)整工作，緊接著對打撈工具的母錐部位進(jìn)行造扣，以完成打撈落魚的造扣實驗。

2 對實驗結(jié)果進(jìn)行分析

經(jīng)過實驗得到∮172mm螺桿鉆具打撈工具的技術(shù)參數(shù)是：能夠承受的最大抗拉力為2000kN，能夠承受的最大抗扭為22kN·m，最大抗拉和抗扭最脆弱的位置是安全接頭部分，另外在實驗過程中，還要對液壓系統(tǒng)進(jìn)行不斷調(diào)節(jié)，讓鉆壓以及轉(zhuǎn)矩在一定范圍的數(shù)值內(nèi)浮動，確保實驗液壓環(huán)境相對穩(wěn)定。

此外對45#鋼落魚的相關(guān)分析，通過本次實驗對實驗裝置的打撈工具進(jìn)行改造，用實驗裝置沖口鉗固定實驗中用到的45#鋼落魚的一端，通過控制臺對沖扣鉗施加旋轉(zhuǎn)力，讓落魚隨之發(fā)生旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到打撈工具在實驗鋼管外壁上造扣的目的，實驗結(jié)果正如圖1所示。45#鋼鋼管落魚的表面出現(xiàn)卡頭牙齒咬傷印記，在卸載之后發(fā)生鐵屑脫落，實驗結(jié)果可以通過圖2和圖3看出，打撈工具能夠?qū)?5#鋼鋼管外壁造成螺紋傷害的原因是，45#鋼具有硬度小韌性好的特點(diǎn)，另外45#鋼的材料質(zhì)地相對較軟，在實驗過程中又有鐵屑排除不通暢的問題，只是鐵屑在打撈本體扣中和鋼管落魚表面發(fā)生扣中頻繁擠壓的現(xiàn)象，從而對成扣產(chǎn)生一定程度的破壞。但是根據(jù)實驗結(jié)果能夠發(fā)現(xiàn)，這種打撈工具確實能夠發(fā)揮造扣功能，如果造扣牙數(shù)較少，圖2、圖3中的位置將會有明顯表現(xiàn)，利用45#鋼依然能夠造出完整的扣型。

實驗中為了進(jìn)一步探究螺桿鉆具打撈工具的使用性能以及工作的安全性和可靠性，利用油田現(xiàn)場真實的螺桿鉆具落魚進(jìn)行更深入的造扣實驗，在實驗過程中能夠發(fā)現(xiàn)，45#鋼落魚一樣發(fā)了鋼管外壁咬傷情況，我們能夠發(fā)現(xiàn)，鉆井中使用的螺桿鉆具大約有6牙完整的螺紋，而且用肉眼可以清晰的看到螺紋的形狀，能夠承受足夠的軸向力將段落的螺桿鉆具打撈上來，實驗說明了，螺桿鉆具打撈工具應(yīng)該有較好的造扣能力，才能在打撈工作中高效完成任務(wù)。

對鐵屑的分析研究，在45#鋼鋼管落魚以及螺桿鉆具落魚造扣實驗結(jié)束以后，我們還對打撈工具的內(nèi)部造扣進(jìn)行了檢查和分析，發(fā)現(xiàn)都有大量的鐵屑，這說明在造扣時，出現(xiàn)的造扣鐵屑被再度擠壓致使造扣螺桿發(fā)生再次損壞，這樣的打撈工具不適合對井下軟金屬材料進(jìn)行打撈。然而我們還發(fā)現(xiàn)在對井下螺桿鉆具落魚進(jìn)行打撈實驗之后，打撈工具內(nèi)部的螺紋并沒有大量的鐵屑，而形成了完整的螺紋扣，這說明在對高強(qiáng)度螺桿鉆具落魚進(jìn)行打造時，鐵屑能夠安全消除，不會回新扣造成影響，這樣就可以形成完整的螺紋形狀。

3 實驗結(jié)論

首先：在實驗中，打撈工具可以高效率的對井下螺桿鉆具落魚進(jìn)行螺紋造扣，基本上能夠完成6牙左右的螺紋，能夠確保落魚被成功打撈。

其次：在打撈質(zhì)地相對較軟的45#鋼此類的落魚時，造扣過程中可能會出現(xiàn)鐵屑不暢而對即將產(chǎn)生的新扣造成破壞，這樣一來造扣效果就會變差。