基于可靠性的撓性鉆桿性能檢測

關(guān)立輝

（中國電建集團(tuán)長春發(fā)電設(shè)備公司，吉林 長春 130000）

為了解決在送軟煤層瓦斯抽采難的問題，研制了強(qiáng)造斜穩(wěn)定組合鉆具系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，撓性鉆桿作為主要組成部件，需要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)有抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度；其次是達(dá)到撓曲變形的要求；還要達(dá)到必要的密封要求。目前研制的新型撓性鉆桿技術(shù)參數(shù)如表1 所示。為了檢測撓性鉆桿是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，對撓性鉆桿的抗扭強(qiáng)度和密封性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

表1 鉆桿技術(shù)參數(shù)

1 撓性鉆桿的抗扭強(qiáng)度的試驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)是在擰扣機(jī)上對新型撓性鉆桿進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，測量撓性鉆桿的破壞扭矩，測試撓性鉆桿的抗扭強(qiáng)度。

試驗(yàn)采用交錯雙曲面夾緊機(jī)構(gòu)液壓擰扣機(jī)的改進(jìn)型產(chǎn)品，試驗(yàn)過程中，首先將撓性鉆桿兩端定位夾緊，然后采用逐步增加實(shí)驗(yàn)設(shè)備的扭矩參數(shù)，觀察實(shí)驗(yàn)鉆桿扭曲情況，并時刻記錄實(shí)驗(yàn)設(shè)備加載扭矩參數(shù)，直到鉆桿發(fā)生功能失效性破壞，扭矩加載結(jié)束。

試驗(yàn)中，當(dāng)實(shí)驗(yàn)機(jī)器持續(xù)加載扭矩，達(dá)到4000Nm 時鉆桿未發(fā)生破壞，持續(xù)2 分鐘后，仍舊未見破壞。為了測試撓性鉆桿的破壞扭矩，當(dāng)加載到4247Nm 時，撓性鉆桿接頭已經(jīng)開始變形，撓性接頭已經(jīng)開始產(chǎn)生塑性變形，向兩端翹起。當(dāng)載荷增加到5247Nm 時，新型鉆桿撓性接頭發(fā)生功能失效性破壞，撓性接頭變形情況如下圖1 所示。

圖1 鉆桿失效性破壞的變形情況

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，被加載鉆桿靜態(tài)扭矩最大可達(dá)4000Nm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過1900Nm 的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，滿足相關(guān)功能要求。

2 撓性鉆桿密封性能測試

在撓性鉆桿工作過程中，為了沖洗鉆頭，在鉆桿內(nèi)孔內(nèi)安裝高壓膠管，為了滿足技術(shù)要求，需要對膠管接頭與鉆桿接頭進(jìn)行密封處理。因此要對撓性鉆桿密封性能進(jìn)行測試。

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

撓性鉆桿密封性試驗(yàn)采用3NB-300/12 型泥漿泵作為加壓設(shè)備，該泵具有壓力高、泵量大的特點(diǎn)。其主要技術(shù)參數(shù)見表2 所示。

表2 3NB-300/12 型泥漿泵主要技術(shù)參數(shù)

2.2 試驗(yàn)方案

在檢測高壓膠管接頭與鉆桿接頭的密封性的試驗(yàn)中，將6 根鉆桿連接在一起作為整體，一端用螺栓密封，另一端高壓膠管與泥漿泵連接，如圖2 所示。

圖2 撓性鉆桿連接示意圖

為了進(jìn)行密封效果對比，鉆桿接頭處由于未完全上緊，在供水壓力為2MPa 時即出現(xiàn)泄漏，隨著泵水壓力的提高，泄漏量明顯增加。撓性接頭的密封性較好，隨著供水壓力的增加，無泄漏情況出現(xiàn)。

完成上述試驗(yàn)后，將鉆桿接頭上緊，盡量減少鉆桿接頭處泄漏量，分別向鉆桿內(nèi)泵送2、4、6 和8MPa 的壓力水，繼續(xù)進(jìn)行密封性試驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在實(shí)驗(yàn)開始，鉆桿接頭處依然有少量水泄漏，但隨著泵水壓力增加，泄漏量增大，撓性鉆桿轉(zhuǎn)換接頭處未出現(xiàn)泄漏。上述實(shí)驗(yàn)說明說明撓性鉆桿的密封可靠，能夠滿足耐壓8 MPa 的要求。

3 結(jié) 語

在驗(yàn)證新型撓性鉆桿抗扭強(qiáng)度和密封性兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的過程中，對鉆桿接頭進(jìn)行了破壞性抗扭試驗(yàn)，結(jié)果顯示，在鉆桿撓性接頭不變形的狀態(tài)下，試驗(yàn)鉆桿靜態(tài)抗扭強(qiáng)度達(dá)到了4000Nm，大于1900Nm 的設(shè)計(jì)要求；密封性試驗(yàn)的結(jié)果顯示，在8 MPa 壓力條件下，撓性鉆桿密封可靠，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。