李萌，刘凤，聂海滨，王瑞霄，李晓芳

（北京石油机械厂，北京 100083）①

螺杆钻具与钻头、钻铤等组成井底钻具组合，位于钻柱的最底部，工况较为恶劣，经常发生失效，包括内部机械结构卡死、壳体连接螺纹脱开、壳体断裂、定子橡胶失效等，其中壳体断裂会造成严重的井下事故。

根据现场反馈，其发生失效的部位主要包括螺杆钻具的旁通阀阀体－定子壳体螺纹副（如图1）、定子壳体－万向轴壳体螺纹副（如图2）、万向轴壳体－传动轴壳体螺纹副（如图3）。

外径172mm的螺杆钻具是当前应用最广泛的螺杆钻具规格之一，主要应用于215.9～250.8mm井眼。壳体螺纹副是壳体的主要薄弱环节。本文以北京石油机械厂生产的C5LZ172×7.0型螺杆钻具为例，对壳体螺纹副强度进行分析。该螺杆钻具壳体的螺纹副为一种旋转式台肩螺纹，基面中径为140～160 mm，螺距为6.35 mm。基体材料为40CrMnMoA，调质处理。

图1 旁通阀阀体－定子壳体螺纹副

图2 定子壳体－万向轴壳体螺纹副

图3 万向轴壳体－传动轴壳体螺纹副

1 抗弯强度比（BSR）分析

1.1 计算BSR

抗弯强度比是在不考虑壳体内外螺纹基体材料、强度的基础上，仅以连接处壳体内、外螺纹结构尺寸的对比来考核壳体内、外螺纹设计的合理性［1］。假设环空与钻柱水眼间的壁厚是常量，螺纹副仅受弯矩，抗弯强度比可用于判断螺纹副的应力危险截面位于外螺纹，还是内螺纹。API根据实践经验总结了BSR的经验公式［2］：

式中：D为内螺纹外径，mm；b为外螺纹起始处内螺纹的大径，mm；R为距旋转台肩19.05mm 处外螺纹的小径，mm；d为外螺纹孔径，mm。……