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复杂载荷条件下钻具接头台肩作用机理研究
摘要
随着钻井技术和装备的不断发展，钻井作业条件日益复杂，运输作业过程中钻具需要呈现高强度、耐磨、抗冲击等特性。而钻具的连接部分是钻具的重要组成部分，其能承受整个钻具和录井勾、钻柱之间的振动与转动引起的扭矩和压力。因此，研究复杂载荷条件下钻具接头台肩的作用机理对于提高钻井装备运行的可靠性、延长钻具使用寿命和提高钻井效率具有重要意义。
本文以复杂载荷条件下钻具接头台肩作用机理的研究为主要内容，通过对前人经验总结、实验分析以及有限元数值模拟等多方面的探究，深入剖析了复杂载荷条件下钻具接头台肩的受力情况、应变特征与损伤机理。具体而言，本文对复杂载荷下钻具接头的弯曲、扭转、拉伸、压缩等不同载荷条件进行了分析，以此来研究台肩的压力分布、变形情况以及应力集中的出现。同时，通过有限元分析模拟，进一步验证了筛选出来的台肩材料和几何结构对于减小应力集中、提高整体稳定性的作用。
在实验分析方面，本文以高温高压条件下的钻具接头为研究对象，通过实验台架设备模拟工作状态，进行钻柱连接循环实验，以观察钻具接头的台肩在复杂载荷作用下的受力过程和损伤情况。结果表明，台肩处于受复合载荷作用的状态下，首先在接触面上产生损伤，之后逐渐扩展至整个台肩处，并逐渐加剧。在经历一定循环次数后，台肩损伤导致接头断裂、失效的风险明显增大。
综合上述实验和数值模拟结果，本文得出结论：复杂载荷下，钻具接头的台肩受力分布不均、应力集中严重，易发生损伤，降低了钻具的使用寿命和安全性。在实际应用中，应根据需求确定最合适的台肩材料、加工工艺及几何结构，以减少应力集中、提高整体稳定性，确保钻具接头能够承受复杂载荷的挑战。
关键词：钻具接头，台肩，复杂载荷，数值模拟，实验分析
Abstract
Withthecontinuousdevelopmentofdrillingtechnologyandequipment,drillingoperationconditionsarebecomingincreasinglycomplex.Inthetransportandoperationprocess,drillingtoolsneedtoexhibithighstrength,wearresistance,andimpactresistance.Theconnectionpartsofthedrillingtoolsareanimportantcomponent,whichcanwithstandthetorqueandpressurecausedbythevibrationandrotationoftheentiredrillingtoolandthelogginghookandthedrillcolumn.Therefore,studyingtheworkingmechanismofdrilljointshoulderundercomplexloadconditionsisofgreatsignificanceforimprovingthereliabilityofdrillingequipment,extendingtheservicelifeofdrillingtools,andimprovingdrillingefficiency.
Thispaperfocusesontheresearchoftheworkingmechanismofthedrilljointshoulderundercomplexloadconditions.Throughthesummaryoftheexperienceofpredecessors,experimentalanalysis,andfiniteelementnumericalsimulation,thispaperdeeplyanalyzesthestresssituation,straincharacteristics,anddamagemechanismofthedrilljointshoulderundercomplexloadconditions.Specifically,thispaperanalyzesdifferentloadconditionssuchasbending,torsion,tension,andcompressionofthedrilljointundercomplexloadstostudythepressuredistribution,deformation,andstressconcentrationoftheshoulder.Atthesametime,throughfiniteelementanalysissimulation,furtherverifytheroleof