喻仲珏 ，陈晓宇 ，刘军燕

（1西安石油大学 机械工程学院 陕西 西安 710065）（2山西北方风雷工业集团有限公司 山西 侯马 043013）

1 引言

钻柱在井下的实际运动过程中，由于井下工作环境复杂、受力不均等原因，极易产生附加扭矩，使得钻柱在自转的同时还存在公转或反转运动，极易造成钻柱脱扣现象的产生；螺纹连接处是受交变载荷和震动载荷的，即使未受到卸扣扭矩的作用，也可能发生预紧力下降或螺纹松动[1]。在这种情况下，最终会造成钻井事故或落鱼的产生。并且随着钻井工艺的不断发展，出现了特殊工艺井或修井作业，需要钻柱实现倒转操作。钻铤作为钻柱的重要组成部分，承担着增加钻柱压力，传递扭矩和输送钻井液的作用，当普通钻铤实现倒转时极易造成脱扣而发生事故。防倒扣钻铤则可以很好的解决上述问题。

2 防倒扣钻铤基本结构

防倒扣即螺纹防松，其方法按其工作原理可分为摩擦放松、机械放松和破坏螺旋副运动关系防松等。[2]最行之有效的方法就是机械防松，不仅安全系数高且便于拆卸，故该种防倒扣钻铤的基本结构如图1所示，图中接头部分为双台肩螺纹连接，第二小台肩为工艺台肩。当钻铤出现倒转时，由于固定销固定了钻铤的上下接头，故从而无法发生螺纹的松脱现象，故起到了防脱扣的作用。止动橡胶垫和弹簧的作用是吸震、减震及微调的作用。

图1 防倒扣钻铤示意图

3 固定销尺寸计算

根据钻柱钻井所需的最大扭矩，确定钻铤选用扣型，通常情况下选用API标准螺纹[3]即可满足钻柱最大扭矩要求。上述结构钻铤是在标准螺纹的基础上增加第二工艺台肩，第二小台肩面之间不发生接触，故不产生扭矩。旋转台肩连接所需的上紧扭矩为单台肩螺纹连接的上紧扭矩如式（1）。

式中，T为上扣扭矩，N·m；S为推荐的上紧扭矩，lbf/in2；A为横截面积，m2；P为螺距，m；Rt为平均螺纹牙半径，m；Rs为台肩接触的平均半径，m。

根据上述式（1）计算出钻铤的上扣扭矩后，在不考虑螺旋升角承受纯扭矩的前提下，分析截面受力情况如下图2，根据平衡条件ΣM0=0计算固定销尺寸如下：

图2 钻铤公接头小台肩面受力分析图

4 尺寸验证

计算固定销及槽的挤压应力，依据公式（2）和公式（3）进行核算，确定该结构及材料是否满足使用要求。式中[σbs]为许用挤压应力，MPa；[σ]为许用拉应力，MPa；Abs为挤压面面积，m2。

5 结语

该种防倒扣钻铤概念的提出为特种钻具的发展提供了一种新的研发思路。