论文部分内容阅读
摘要：通过分析钻柱转换接头车削螺纹加工注意事项，对钻柱转换接头螺纹断裂原因展开研究，并提出对应的预防措施，在研究中发现造成螺纹断裂的主要原因为接头螺纹应用材料及钻柱组合不规范、钻柱转换接头螺纹长度不足。基于此，提出使用API标准的接头螺纹材料的方法，按照国家制定的API—SEPC文件标准，淘汰原钻柱转换接头，选择韧性与弹性较强的螺纹材料作为钻柱转换接头螺纹的生产材料。并通过分析疲劳纹的位置、形状，合理制定钻柱接头螺纹长度，从而实现对钻柱转换接头螺纹断裂现象的有效预防。
关键词：钻柱;转换接头;螺纹断裂;原因;预防
中图分类号：TE921文献标识码：A
0引言
钻柱是指位于钻头以上、装置设备以下的钢管柱总称，是连接地面工程与地下工程的关键纽带。将钻柱整体结构分解，可将钻柱分为钻杆、钻铤、转接头等几个部分[1]。其中转换接头螺纹是支撑钻柱稳定工作的关键，当钻柱中转换接头螺纹出现问题时，直接会导致钻柱整体失去平衡，严重情况下，甚至会出现连锁故障现象。根据相关文献资料记载，目前市场内多起大型工程事故，均是由于钻柱转换接头螺纹出现突发断裂所导致的，不仅为工程施工造成了极大的经济损失，同时造成的人员伤亡事件也是无法使用金钱衡量的。为了解决这种现象，相关施工单位在使用钻柱工作时，选择加大B型转换接头在施工，尽管在一定程度上已取得了一定的成效，但由于工作中忽略了对内（/外）螺纹的协同处理，仍无法对钻柱转换接头螺纹断裂现象全面保障[2]。为了解决上述提出的问题，本文将开展钻柱转换接头螺纹断裂原因的分析，根据钻柱转换接头螺纹的结构，提出车削螺纹施工工作的注意事项，从而起到提高车床工作项目施工安全性的指导作用。
1钻柱转换接头车削螺纹加工注意事项
在对转换接头螺纹断裂原因开展分析前，总结钻柱转换接头车削螺纹加工的注意事项，如下。
在使用钻柱工作时，主轴每转动一圈，螺纹便随着主轴纵向移动一个单位长度的螺距。此过程应注意钻柱的转动圈数，避免产生螺距计算的叠加误差[3]。由于每个钻柱的螺纹均需要多次加工才能投入应用，因此在实际加工时，可采用初始化每次螺纹加工位置的方式，避免转换接头螺纹出现乱扣现象。
同时，对于指定的螺距，应采用计算机辅助加工的方式，设置一定的时间常量，并根据CPU的响应中断方式，执行程序中断工作，从而实现每个螺纹之间的螺距相等。
2螺纹断裂原因分析
2.1接头螺纹应用材料及钻柱组合不规范
钻柱转换接头在实际工作中会承受外界对其施工的多种压力，因此部分接头在设计中螺纹使用脆性材料的物质，便十分不合理。
根据相关统计数据，大部分的螺纹断裂事故发生的原因，均与接头使用材料质量差有关系[4]。最显著的便是螺纹材料伸缩性与韧性较差，材料的综合性能越差，其使用寿命越短，抗负荷能力越差。当材料超出其耐久年限后，螺纹处极易出现疲劳纹，疲劳纹不断渗透，长时间会造成螺纹的断裂。在研究中发现，当下市场内大部分钻柱转换接头应用的韧性材料，仅符合国家制定标准值的60%，这些均属于材料不合理造成螺纹发生断裂的原因。
此外，从钻柱整体结构层面分析，发现钻柱组合不规范也是造成螺纹断裂的另一主要原因。具体表现为：钻柱与螺纹的接口过渡区域设计不合理;螺纹完成加工后，未经过强度或质量检测便直接投入应用。在此种情况中，当B型螺纹下部恰好是钻柱中外直径的最小位置时，此处螺纹受到的弯曲作用力较强，此时极易出现由弯曲造成的疲劳断裂。
2.2钻柱转换接头螺纹长度不足
钻柱转换接头螺纹长度不足，使外部受到的感应力集中在螺头具体某一点上。当某一点集中的作用力较强，且已经超出螺头自身可承受的能力范围后，螺纹便会出现断裂现象。
在APC—SEPC文件中规定，A型螺头的标准长度为915.0mm;B型螺头的标准长度为1210.0mm。倘若螺纹长度过短，势必无法承担钻柱外部的作用力，但螺纹长度超出标准长度时，多余的长度便为钻柱薄弱区域，会出现螺纹对扣问题[5]。综上所述，无论上述提出的哪一部分问题，均会造成钻柱转换接头螺纹断裂。
3预防螺纹断裂措施
3.1使用API标准的接头螺纹材料
为了解决上述提出螺纹应用材料及钻柱组合不规范的问题，在加工钻柱接头螺纹过程中，应严格按照国家制定的API—SEPC文件标准，逐步淘汰原钻柱转换接头，选择韧性与弹性较强的螺纹材料。当钻柱螺头出现细微疲劳纹时，弹性材料可增强螺纹的抗延展能力。在满足上述条件后，尽可能选择低纲级的螺纹材料，并在加工螺纹时，采用细化晶体力度的方式，降低螺头整体的硬度，避免在遭到过大冲击力时螺纹出现瞬断问题。
在此基础上，合理布设螺头在钻柱上的位置，有需要的情况下，可在转换接头螺纹位置涂抹缓蚀剂与塑性剂，从而延长接头螺纹在钻柱上的使用寿命。此外，科学设置钻柱，减少钢柱的弯曲，按照钻柱的整体结构，选择与其匹配的螺纹规格，从而使钻柱转换接头的内外弯曲螺纹受到的作用力适当。
3.2合理制定钻柱接头螺纹长度
对于钻柱转换接头螺纹长度不足的问题，建议使用 310.0mm的钻头稳定器，处理螺纹长度。例如，使用车刀对螺纹进行削刃时，两者的夹角角度应至少小于或等于2.0倍的齿行角，使钻柱接头螺纹长度与其处理角度呈现指定常数比例。
在此基础上，应加大钻杆接头螺纹长度的计算工作，通过分析疲劳纹的位置、形状，計算钻柱接头螺纹长度，取疲劳强度值，判定螺纹不同区段的受力。根据其可承受作用力的范围，设计钻柱转接头螺纹旋转轨道，从而降低应力在螺纹某一点集中的现象，从而提高螺纹整体的质量。此外，可采用优化螺纹热处理手段的方式，使接头螺纹长度处于一种可伸缩的状态，以此提高钻柱转换接头螺纹的适应寿命。
4结束语
转接头是钻柱的主要构成部分，一旦钻柱转接头的螺纹发生断裂，便会影响钻柱整体的使用性能。通过本文分析，现下大多数钻柱事故的发生均是由螺纹断裂产生的，为了避免此种现象的发生，对钻柱转换接头螺纹断裂原因展开分析，并根据发生断裂问题的原因，提出对应的预防措施。尽管本文上述提出的几点建议已经过市场检验，具备一定可行性，但在后期的发展中，仍需要加大市场对此方面的研究。例如，将研究重点放在提高螺纹表面光整度方面，规范螺纹加工工艺，并适当改进对螺纹的处理工艺，从而实现钻柱转接螺头具有高性能的组织结构，使其更加适应市场应用需求。
参考文献
[1]汪小平，刘永刚，郑山琳，等. Ф101.6mm钻杆外螺纹接头断裂失效分析[J]. 金属热处理，2019，44（S1）：523-527.
[2]陈先艳，杨坤，曹春兰. CuZn39Pb3铅黄铜接头螺纹处开裂失效分析[J]. 理化检验（物理分册），2020，56（03）：48-51.
[3]张乐，李东风，王蕊，等. 复合载荷作用下特殊螺纹接头密封性能的有限元分析[J]. 石油管材与仪器，2019，5（06）：19-24.
[4]张涛，周琦，孙宏宇，等. 内螺纹孔结构对AZ31B/6061连续驱动摩擦焊接头性能的影响[J]. 热加工工艺，2019，48（01）：22-25.
[5]杨康，张建兵，谷天平，等. 基于ISO 13679的油管特殊螺纹接头密封可靠性分析[J]. 机械研究与应用，2018，31（06）：18-22.
关键词：钻柱;转换接头;螺纹断裂;原因;预防
中图分类号：TE921文献标识码：A
0引言
钻柱是指位于钻头以上、装置设备以下的钢管柱总称，是连接地面工程与地下工程的关键纽带。将钻柱整体结构分解，可将钻柱分为钻杆、钻铤、转接头等几个部分[1]。其中转换接头螺纹是支撑钻柱稳定工作的关键，当钻柱中转换接头螺纹出现问题时，直接会导致钻柱整体失去平衡，严重情况下，甚至会出现连锁故障现象。根据相关文献资料记载，目前市场内多起大型工程事故，均是由于钻柱转换接头螺纹出现突发断裂所导致的，不仅为工程施工造成了极大的经济损失，同时造成的人员伤亡事件也是无法使用金钱衡量的。为了解决这种现象，相关施工单位在使用钻柱工作时，选择加大B型转换接头在施工，尽管在一定程度上已取得了一定的成效，但由于工作中忽略了对内（/外）螺纹的协同处理，仍无法对钻柱转换接头螺纹断裂现象全面保障[2]。为了解决上述提出的问题，本文将开展钻柱转换接头螺纹断裂原因的分析，根据钻柱转换接头螺纹的结构，提出车削螺纹施工工作的注意事项，从而起到提高车床工作项目施工安全性的指导作用。
1钻柱转换接头车削螺纹加工注意事项
在对转换接头螺纹断裂原因开展分析前，总结钻柱转换接头车削螺纹加工的注意事项，如下。
在使用钻柱工作时，主轴每转动一圈，螺纹便随着主轴纵向移动一个单位长度的螺距。此过程应注意钻柱的转动圈数，避免产生螺距计算的叠加误差[3]。由于每个钻柱的螺纹均需要多次加工才能投入应用，因此在实际加工时，可采用初始化每次螺纹加工位置的方式，避免转换接头螺纹出现乱扣现象。
同时，对于指定的螺距，应采用计算机辅助加工的方式，设置一定的时间常量，并根据CPU的响应中断方式，执行程序中断工作，从而实现每个螺纹之间的螺距相等。
2螺纹断裂原因分析
2.1接头螺纹应用材料及钻柱组合不规范
钻柱转换接头在实际工作中会承受外界对其施工的多种压力，因此部分接头在设计中螺纹使用脆性材料的物质，便十分不合理。
根据相关统计数据，大部分的螺纹断裂事故发生的原因，均与接头使用材料质量差有关系[4]。最显著的便是螺纹材料伸缩性与韧性较差，材料的综合性能越差，其使用寿命越短，抗负荷能力越差。当材料超出其耐久年限后，螺纹处极易出现疲劳纹，疲劳纹不断渗透，长时间会造成螺纹的断裂。在研究中发现，当下市场内大部分钻柱转换接头应用的韧性材料，仅符合国家制定标准值的60%，这些均属于材料不合理造成螺纹发生断裂的原因。
此外，从钻柱整体结构层面分析，发现钻柱组合不规范也是造成螺纹断裂的另一主要原因。具体表现为：钻柱与螺纹的接口过渡区域设计不合理;螺纹完成加工后，未经过强度或质量检测便直接投入应用。在此种情况中，当B型螺纹下部恰好是钻柱中外直径的最小位置时，此处螺纹受到的弯曲作用力较强，此时极易出现由弯曲造成的疲劳断裂。
2.2钻柱转换接头螺纹长度不足
钻柱转换接头螺纹长度不足，使外部受到的感应力集中在螺头具体某一点上。当某一点集中的作用力较强，且已经超出螺头自身可承受的能力范围后，螺纹便会出现断裂现象。
在APC—SEPC文件中规定，A型螺头的标准长度为915.0mm;B型螺头的标准长度为1210.0mm。倘若螺纹长度过短，势必无法承担钻柱外部的作用力，但螺纹长度超出标准长度时，多余的长度便为钻柱薄弱区域，会出现螺纹对扣问题[5]。综上所述，无论上述提出的哪一部分问题，均会造成钻柱转换接头螺纹断裂。
3预防螺纹断裂措施
3.1使用API标准的接头螺纹材料
为了解决上述提出螺纹应用材料及钻柱组合不规范的问题，在加工钻柱接头螺纹过程中，应严格按照国家制定的API—SEPC文件标准，逐步淘汰原钻柱转换接头，选择韧性与弹性较强的螺纹材料。当钻柱螺头出现细微疲劳纹时，弹性材料可增强螺纹的抗延展能力。在满足上述条件后，尽可能选择低纲级的螺纹材料，并在加工螺纹时，采用细化晶体力度的方式，降低螺头整体的硬度，避免在遭到过大冲击力时螺纹出现瞬断问题。
在此基础上，合理布设螺头在钻柱上的位置，有需要的情况下，可在转换接头螺纹位置涂抹缓蚀剂与塑性剂，从而延长接头螺纹在钻柱上的使用寿命。此外，科学设置钻柱，减少钢柱的弯曲，按照钻柱的整体结构，选择与其匹配的螺纹规格，从而使钻柱转换接头的内外弯曲螺纹受到的作用力适当。
3.2合理制定钻柱接头螺纹长度
对于钻柱转换接头螺纹长度不足的问题，建议使用 310.0mm的钻头稳定器，处理螺纹长度。例如，使用车刀对螺纹进行削刃时，两者的夹角角度应至少小于或等于2.0倍的齿行角，使钻柱接头螺纹长度与其处理角度呈现指定常数比例。
在此基础上，应加大钻杆接头螺纹长度的计算工作，通过分析疲劳纹的位置、形状，計算钻柱接头螺纹长度，取疲劳强度值，判定螺纹不同区段的受力。根据其可承受作用力的范围，设计钻柱转接头螺纹旋转轨道，从而降低应力在螺纹某一点集中的现象，从而提高螺纹整体的质量。此外，可采用优化螺纹热处理手段的方式，使接头螺纹长度处于一种可伸缩的状态，以此提高钻柱转换接头螺纹的适应寿命。
4结束语
转接头是钻柱的主要构成部分，一旦钻柱转接头的螺纹发生断裂，便会影响钻柱整体的使用性能。通过本文分析，现下大多数钻柱事故的发生均是由螺纹断裂产生的，为了避免此种现象的发生，对钻柱转换接头螺纹断裂原因展开分析，并根据发生断裂问题的原因，提出对应的预防措施。尽管本文上述提出的几点建议已经过市场检验，具备一定可行性，但在后期的发展中，仍需要加大市场对此方面的研究。例如，将研究重点放在提高螺纹表面光整度方面，规范螺纹加工工艺，并适当改进对螺纹的处理工艺，从而实现钻柱转接螺头具有高性能的组织结构，使其更加适应市场应用需求。
参考文献
[1]汪小平，刘永刚，郑山琳，等. Ф101.6mm钻杆外螺纹接头断裂失效分析[J]. 金属热处理，2019，44（S1）：523-527.
[2]陈先艳，杨坤，曹春兰. CuZn39Pb3铅黄铜接头螺纹处开裂失效分析[J]. 理化检验（物理分册），2020，56（03）：48-51.
[3]张乐，李东风，王蕊，等. 复合载荷作用下特殊螺纹接头密封性能的有限元分析[J]. 石油管材与仪器，2019，5（06）：19-24.
[4]张涛，周琦，孙宏宇，等. 内螺纹孔结构对AZ31B/6061连续驱动摩擦焊接头性能的影响[J]. 热加工工艺，2019，48（01）：22-25.
[5]杨康，张建兵，谷天平，等. 基于ISO 13679的油管特殊螺纹接头密封可靠性分析[J]. 机械研究与应用，2018，31（06）：18-22.