郎明朗，张贺胜，张萌

（中国地质大学（武汉）机电学院，武汉 430074）

0 引言

随着深部资源勘探的发展，开发适于我国国情的深部钻探机械和钻具成为目前比较迫切的问题。钻机在回转钻进的过程中钻杆承受着交变的多种复合载荷，在地质条件复杂的深部钻井时经常会发生钻杆失效事故。通常钻杆本体的刚性和强度都远大于接头螺纹，钻杆的失效破坏主要发生在接头螺纹部位［1-2］。因此，研究钻杆接头螺纹的失效机制，提高其连接强度具有重要意义。国家地质钻杆标准中S59 钻杆是比较典型的一种［3］，但是S59钻杆在应力分布上存在着应力集中等问题，而且接头螺纹不能承受较大的应力。为此，本文针对S59 钻杆接头螺纹进行有限元仿真分析，并提出了几种改进措施。

1 研究及改进的基本原理［8］

本文主要分析了国家地质标准中S59 钻杆接头和改进后的S59 钻杆接头螺纹加载后的应力分布状况。首先在CAXA 中建立钻杆接头二维模型，然后利用ANSYS 有限元软件对二维模型进行有限元加载分析，得出钻杆接头螺纹加载后的应力云图，从应力分布云图中分析出接头螺纹承受的最大应力值［4］。

1.1 数据分析

S59 钻杆接头部位的主要参数：小径d2=46 mm，内螺纹大径d1=55.5 mm，外螺纹大径d2=56.5 mm、锥度为1：30、外螺纹牙顶宽3.784 mm、内螺纹牙顶宽3.799 mm、螺距为8 mm、牙高为0.75 mm、牙型角30°、牙型半角15°、密封角为15°。外螺纹［3］如图1。

图1 S59 钻杆接头外螺纹

1.2 在CAXA 里建立二维模型

根据接头部位的参数，在CAXA 软件不同层内分别建立内外螺纹的简化二维模型，然后进行内外螺纹的配合。……