钻杆自动排放装置设计

㈠ 钻杆及接头螺纹设计

绳索取心钻杆由于壁薄,接头螺纹设计是非常重要的技术参数,螺纹承载能力的大小直接影响钻杆的施工深度。深孔钻探不同于浅孔和中深孔钻探,要求钻杆螺纹不仅具有较大的抗扭、抗拉能力,而且要有良好的防脱、密封性能,才能满足深孔钻探施工要求。

钻杆螺纹设计参数有:螺纹锥度、螺距、螺纹的牙形半角、螺纹长度、紧密距、螺纹密封等。通过对国内外用于钻探实践的各种螺纹技术性(强度、密封性、磨损后强度变化规律等)、可加工性、经济性进行综合研究,将普通梯形螺纹设计为负角度不对称梯形螺纹结构形式(图2-25),较好地解决了深孔钻探绳索取心钻杆螺纹强度及防脱、密封难题。N、H规格口径绳索取心钻杆螺纹设计参数见表2-16。

图2-25 负角度不对称梯形螺纹结构

表2-16 绳索取心钻杆负角度螺纹结构主要参数

注:表中为手拧紧密距。

负角度螺纹结构设计有如下特点。

(1)锥度

钻杆螺纹的锥度大小决定了螺纹整体受力的均匀性。钻杆螺纹连接时,公母螺纹大径端的端面紧密接触,形成密封并承受螺纹旋紧产生的压力,预紧力矩越大或工作扭矩越大,产生的附加压力越大,大约是正常工作力的6～7倍。反作用力都加到了公扣的根部,根部第一牙受力最大,离开公扣根部的螺纹受力逐渐减小。根据普通螺纹强度计算方法,在无端面影响的螺纹第一牙受力为全部载荷的30%,采用变螺距、应力槽等方法都能够均衡螺纹受力,根据有限元分析,锥度1∶22时应力幅值最小。

(2)螺距

螺距取决于所需强度和自锁要求,螺旋升角越小,螺纹的自锁性越好,抗脱扣能力越强。各种规格都使用8mm螺距,剪切强度完全满足要求,从未出现螺纹剪切损坏。

(3)螺纹的牙形半角

螺纹牙形半角的大小也影响螺纹强度。同样深度的螺纹,受力面的牙型角度越小,承载能力越好,甚至可以采用负角度承载受力面,一方面可以增加受力,另一方面可以防止钻杆脱扣。而对于螺纹牙型的非受力面可采用大角度的螺纹半角,增强螺纹根部的受力面积,增大螺纹的承载能力。如图2-26所示。

图2-26 负角度、不对称梯形螺纹受力情况

经过对钻杆螺纹副的机械性能试验,Φ71mm的绳索取心钻杆最大抗拉能力达到660kN,Φ89mm绳索取心钻杆最大抗拉能力达到1000kN。

(4)钻杆螺纹长度

为保证钻杆承载强度,钻杆螺纹长度设计为50～55mm。对公母螺纹的长度公差进行严格控制。一般母螺纹稍长于公螺纹(0～0.3mm),这样,在正常钻进时使公母螺纹形成双止动连接,增强传扭能力。

(5)紧密距

保证钻杆公母螺纹拧紧时有一定的手拧紧密距,一般为0.5～1.5mm。通过公母螺纹的内外径公差和公母螺纹的不同锥度进行控制。公母螺纹拧紧在螺纹大端一定范围内产生过盈,从而增强螺纹的连接刚性,改善螺纹的受力状态。

(6)螺纹密封

众所周知,随着施工深度加深,对钻杆的密封要求越高。因此,钻杆在设计时有15°端部密封,在螺纹根部的大小径处增加了螺纹密封台阶面,使公母螺纹的根部有过盈台阶面,在钻杆拧紧时使台阶面因受力而咬合,从而形成螺纹根部大径的密封,增强了螺纹的综合密封性能。经实验室密封试验,Ф71mm、Ф89mm绳索取心钻杆承受的静态密封压力可达到10～12MPa。

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钻杆自动排放装置研究

环形防喷器结构设计及强度校核
闸板防喷器结构设计及强度校核

㈢ 机械专业简单的毕业设计有哪些题目

简单的毕业设计有：
1、可伸缩带式输送机结构设计。
2、AWC机架现场扩孔机设计
。
3、ZQ-100型钻杆动力钳背钳设计
。
4、带式输送机摩擦轮调偏装置设计。
5、封闭母线自然冷却的温度场分析
。
毕业论文有：
1、撑掩护式液压支架总体方案及底座设计
。
2、支撑掩护式液压支架总体方案及立柱设计
。
3、膜片弹簧的冲压工艺及模具设计
。
4、带式输送机说明书和总装图
。

㈣ 自动控向垂直钻井系统

一、内容概述

国外在进行深部钻井，特别是在进行大陆深部科学钻探的过程中，认识到被动防斜技术的不足，迫切需要一种能适应深井和超深井钻进的主动防斜技术。而最早提出这一要求并投入实际研制和应用的项目是20 世纪80 年代开始进行的联邦德国大陆超深井计划（KTB计划），该井的设计深度近万米，而所钻深部地层很多都是结晶岩，地层倾角可达60 °左右，在这样的条件下用传统的钻井工具难以使井眼保持垂直，迫切需要一种新型的垂直钻井系统来完成这一大陆超深井计划，因此提出研制一种采用主动防斜技术的自动垂直钻井系统（Automationed Vertieal Drilling System，简称为VDS）。

自从发明旋转钻进技术以来，钻孔的弯曲问题就一直存在着，造成钻孔弯曲的根本原因是粗径钻具轴线偏离钻孔轴线。造成发生钻孔弯曲的充要条件主要是3个方面：①存在孔壁间隙，为粗径钻具偏倒或弯曲提供了空间；②具备偏倒或弯曲的力，为粗径钻具偏倒或弯曲提供动力；③粗径钻具偏倒或弯曲的方向稳定。

为了保证冲洗液能顺畅地排出碎屑，孔壁直径一般大于钻具直径，孔壁与钻具之间的环形空隙是必然存在的。而在钻进过程中，当孔深达到一定长度时，钻杆柱已不是简单的刚性体，而可视为一个细长的柔性杆件。对钻头施加轴向力时，钻杆将会产生弯曲变形，由此可见，使钻具偏倒或弯曲的条件是客观存在的。但最终钻孔是否弯曲，还将决定于钻具偏倒或弯曲的方向是否稳定。如果钻具偏倒或弯曲方向不稳定，则有可能使钻头在不同时刻朝着不同方向钻进，从而发生扩壁作用。

由于钻孔弯曲和倾斜现象的存在，一些相应的防斜技术例如钟摆钻具、满眼钻具以及偏轴钻具等防斜打直技术也先后出现并应用到工程中。钟摆钻具是较早用于防斜、纠斜的钻具组合，它是利用倾斜井内切点以下部分钻挺重力的横向分力，把钻头推靠在已斜井段的低边，产生降斜和纠斜效果，这个力又称为钟摆力。而满眼钻具的主要特征是其底部钻具组合中含有2～3个或更多的与钻头直径相近的稳定器以及相应的大直径钻挺，从而组成刚性很大、不易弯曲的防斜钻具组合。其工作原理是在已钻过的直井段中，保持刚性的满眼钻具位于井眼中间，其钻具轴线与井眼轴心线基本保持一致，从而减小钻头的倾斜角度，起到控制井眼弯曲和井斜的作用。偏轴钻具是在钻柱的下部靠近钻头处设置偏重钻铤或者设置回转心轴偏离钻柱轴心线的偏轴接头。当钻头回转时，偏轴部分在靠近钻头上方的钻具组合中产生一个离心力，该离心力的大小与偏心重量和偏心距有关。在轴向钻压的作用下，下部钻具组合发生弯曲旋转时成弓形。偏重钻铤每回转一周就会对倾斜井段的井眼低边产生一定的纠斜力，以减小倾斜井段的井斜角。前述几种传统的防斜设备和技术的共同特点是均属于被动防斜技术。它们虽然也得到了较广泛的工程应用，但在高陡构造的大倾角地层以及高应力破碎性地层中，由于无法克服地层极强的自然造斜能力，因而难以满足对于深井、超深井以及复杂结构井上直井段钻进的要求。

在提出该设想以后，美国贝克休斯公司（BakerHuges）即开展了相应的研究工作，贝克休斯公司最终于1988年研制成功垂直钻井系统（VDS），成功解决了德国大陆超深井计划中遇到的井斜问题。在VDS的研制过程中，从首例样机开始，先后经历了3 代共计5种型号的垂直钻井系统。其中VDS-1（图1）属于外导向垂直钻进系统，为最初的试验性产品，其主要结构如图1所示：不旋转的导向套与旋转轴6之间通过轴承4连接，在导向套四周均匀分布了4个可以伸缩的导向块8，由泥浆提供驱动力的4个活塞可以分别控制导向块的外伸。钻进过程中的井斜数据由井斜传感器测量并反馈到装置的微处理器单元，微处理器单元经过计算，发出控制命令给液压阀，由液压阀控制驱动活塞的运动，从而使得导向块伸缩。当导向块向外伸出时压靠井壁，因此产生作用于旋转轴上的纠斜导向力，使得钻具回到中心位置。在该系统中测斜传感器、微处理器单元7等是靠内置电池供电的。由于自动垂直钻井系统的导向块布置在外部，工作时外伸并作用在井壁上，因此这种结构形式称为外导向式垂钻结构，如图2（a）所示。

图1 VDS-1结构示意图

1—马达驱动节；2—内部吸振单元；3—旋转部分；4—轴承；5—顶部稳定器；6—旋转轴；7—传感器、电子及电池部分；8—外促式导向块；9—钻头

图2 VDS导向块结构布置示意图

（a）VDS-1；（b）VDS-3

在KTB计划中实际投入应用的产品为VDS-3和VDS-5。VDS-3在结构上与VDS-1相比的主要区别有2点：一是在电子部分上VDS-3用数字电路取代了VDS-1的模拟电路；二是在导向块的结构形式上。如图2（a）及（b）所示分别为VDS-1及VDS-3的导向块布置形式。两者的主要区别是图2（a）中液压缸及导向块作用在井壁上，图2（b）中所示VDS 3的导向块不直接作用于井壁，而是作用在内部的旋转中轴上。4个导向活塞内的压力是可以独立控制的，动力来源于内部的泥浆压力。当钻具未发生偏斜和弯曲时，4个导向活塞均外伸抵靠旋转中轴，如果井眼偏离了垂直方向，井下测斜仪测得井斜数据并传递给微处理器单元，微处理器单元经过运算，将使其中1 个或2 个控制阀关闭，使得相应中轴在钻头上形成一个侧向力，从而使井眼轨迹保持到垂直方向。图3 是VDS 3的结构示意图，其基本组成包括：马达联轴节、不旋转外壳、马达驱动节、旋转轴、传感器、电子及电池部分、内置式导向块以及钻头等。

可以看出在近钻头处的不旋转外壳的外部是比较平整的，内置式导向块安装于不旋转外壳中，导向块作用在内部旋转轴上，通过对旋转轴的推挤调整钻头的方位，导向块自身并不与外井壁直接接触，从而提高了装置的使用寿命，所钻井眼轨迹的变化也更加光滑。VDS-3在钻进时有时会引起悬挂的现象。为了改进这一问题，此外为了使VDS能应用于井径扩大的井眼，并使其能适应井下200℃左右的高温工作环境，贝克休斯公司进一步研制了VDS-5。VDS-5与VDS-1相似，也属于外导向型的垂直钻井系统。与VDS-1的主要区别在于，VDS-5采用了“负液压导向”。所谓的“负液压导向”是指当钻具处于完全垂直的井眼中时，4个导向块均在压力作用下外伸并支撑于井壁上，使得钻具与井眼中轴线对中。如果井眼偏斜或弯曲时，处于井眼低边处的导向块由于对应液压缸失压而缩回，这样就会使得其对面的导向块产生导向力把底部钻具推向井眼低边，从而达到纠斜目的。VDS-5与VDS-3相比，其改进之处还体现在系统中机械、液压及电子组件是严格分开的，这显然增加了系统的可靠性并便于进行维护，另外一点，VDS-5中还采用了井下交流发电机来代替抗高温电池，使得此系统有更好的环境适应性和更长的井下工作时间。

图3 VDS-3结构示意图

1—马达联轴节；2—不旋转外壳；3—马达驱动节；4—旋转轴；5—传感器、电子及电池部分；6—内置式导向块；7—钻头

VDS系列在KTB计划中的应用是成功的，在使用过程中也出现了一些不足之处，一个主要原因是因为VDS中产生导向块的驱动力的来源是泥浆（钻井液）的能量，然而泥浆与液压油等普通液压介质相比，存在颗粒含量高、润滑性能差等特点，利用泥浆作为传动介质时，系统中的电磁阀以及柱塞缸等液压元件容易发生磨损和卡死现象，从而降低了系统的可靠性。其后，贝克休斯公司与其他公司合作在VDS的基础上进行了改进，在20世纪90年代中期研制了新的垂直钻井装置SDD（Straight Hole Drilling Device）。SDD的结构如图4所示。它与VDS系统基本相同，但其结构形式更为复杂一些。其主要的改进在于液压系统和电子线路方面。SDD中的电磁阀是隔离式的，从电磁阀到液压缸活塞之间采用了液压油为工作介质，减小了电磁阀及液压缸等液压元件的磨损情况，提高了装置的使用寿命。此外SDD中导向块的数量也由VDS中的4个减少为3个。

图4 SDD结构示意图

1—泥浆脉冲发生器；2—交流发电机；3—井斜传感器及电子部分；4—液压油源；5—井下马达；6—挠性轴；7—外伸式导向块；8—钻头

二、应用范围及应用实例

目前国外已研制出可以自动控向的垂直钻井设备，并已在钻井实践中得到了一定程度的应用，例如在美国南部路易斯安那州的盐丘构造区域的油气开采过程中，由于采用了自动控向垂直钻井系统（Automationed Vertieal Drilling System），井眼轨迹的倾斜角控制在了0.18 °，与传统的旋转钻进相比，钻进效率提高了25% ～75%。在美国哥伦比亚地区的地质钻探过程中，由于采用了自动控向垂直钻井系统，使得每钻进一万英尺由耗时188天减少到了140天，大大节省了勘探费用。这些应用的实践均说明了自动控向垂钻技术可以大大地提高生产效率，而且钻进的井眼质量好。我国目前已经在一些地区引入了国外的自动控向的垂直钻井设备进行了一系列直井的钻探，取得了较好的应用效果。

三、资料来源

张萌.2005.自动控向垂钻系统小型化设计的关键技术研究.博士学位论文

㈤ 螺旋钻杆设计

螺旋钻杆的作用：传递扭矩；用作岩屑上返通道；增加钻头的轴压等。

设计螺旋钻杆应满足以下要求：有足够的抗振、抗扭强度；耐磨可靠；易排屑；连接可靠；连接部分不妨碍岩屑运输等。

一、螺旋钻杆直径D的设计

螺旋钻杆直径D取决于钻孔直径（即钻头直径），为减少钻杆柱与孔壁间的摩擦阻力，一般螺旋钻杆直径要比钻头直径小10～20mm。当孔径小于200mm时，可取下限；孔径大于800mm，可适当加大上限。

表3-14-1

二、螺旋钻杆螺距S的设计

螺距S与所钻地层和螺旋钻杆直径D有关，设计时可参考表3-14-1。

三、中心管直径d的设计

中心管直径d和螺距S，均与螺旋叶板上的钻屑与螺旋面之间的摩擦角有关。为保证螺旋面上被输送的钻屑不因其自重而滑落，应使其螺旋上升角小于钻屑与螺旋面之间的摩擦角；若按土与螺旋叶片的摩擦系数f=0.5计算，则其螺旋上升角α_r应小于36°36′。如果设计时，取螺旋上升角α_r=36°34′，钻屑与螺旋面的摩擦角为φ，则有式：

碎岩工程学

碎岩工程学

如果取土与螺旋面的摩擦系数f=0.5～0.7，代入公式（3-14-2），则得：

碎岩工程学

四、螺旋叶片的设计

1.螺旋叶片是采用开口环形钢片

经热压模法加工而成形开口环形钢片（坯料）如图3-14-1所示。按照螺纹原理可以导出开口圆环内、外径（D₁和d₁）的计算公式：

碎岩工程学

式中：L、l为对应于一个螺距S的螺旋线长度（图3-14-2）。

碎岩工程学

图3-14-1 螺旋叶片的坯料

图3-14-2 螺旋线的形成原理图

2.螺旋叶片切口中心角

由于开口叶片在压模成形过程中产生很复杂的变形，故圆环的周长，要比实际对应的螺旋线长度大，其切口中心角θ（见图3-14-1）应为20°～30°。

3.螺旋叶片的厚度

一般为2～10mm，钻杆直径小、钻进均质软岩时取低值；钻进直径大、钻进砂砾、砂土时，取高值。选择时可以参考表3-14-2。

表3-14-2 螺旋叶片厚度与孔径、地层的关系

五、螺旋钻杆长度及螺旋头数

螺旋钻杆长度取决于钻机桅杆的高度、回次长度和螺旋钻杆重量，一般取1～5m。目前尚未形成标准系列，凭经验和现场需要设计。

螺旋头数，则可采用单头或双头螺旋。

六、螺旋钻杆的连接

螺旋钻杆的连接方式有法兰盘式和接头式两种。法兰盘式靠连接螺栓传递轴向压力和回转力矩；接头式连接又分插接式、牙嵌式和螺纹式。

插接式采用不同形状的公母接头插接后再加穿销。公母接头的截面形状有两方、三角形、四边形和六方形等，靠接触面传递扭矩，以销轴传递轴向力；牙嵌式连接采用牙嵌式接头，以其牙齿和牙槽对正插入后，再用销钉或螺栓连接，以牙嵌传递扭矩，以销钉或销栓承受轴向力；螺纹式连接则是在钻杆两端加焊公母接头承受轴向力。此种螺纹连接安全可靠，但其缺点是不允许反转卸土；扭矩过大时不易拆开。

㈥ 急需机电一体化专业毕业设计范文！！！！

有什么具体要求吗？比如任务书什么的。指导老师有什么具体要内求？

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㈦ 求一篇机电一体化毕业论文以下为题

我就有资料，你可以参考下

㈧ 煤矿钻机自动换钻杆设备是什么

自动拆卸钻杆的设备叫夹持器，由两组油缸组成，就是下面的样子可以具体咨询一下