张洪霖 范楷模 王宇鹏 郭添鸣 米凯夫 张一帆

(北京石油机械有限公司)

0 引 言

螺杆钻具是钻井作业中最常用的井下动力工具之一，使用量巨大。随着页岩油气和致密油气等非常规油气资源开发进入提速期，大位移井、超深井和水平井逐渐成为钻井技术发展的主流趋势。工厂化钻井提速和激进钻井参数对于螺杆钻具的输出效能、可靠性以及使用寿命提出了更为严苛的要求，因此，延长螺杆钻具的使用寿命成了必要的研究课题。

万向轴总成是螺杆钻具的主要部件之一，随着结构、材料和工艺的不断优化，各类新型万向轴总成层出不穷。钛合金挠性轴(以下简称挠轴)是近些年出现的较为先进的应用于万向轴总成的材料与结构形式，但由于周期性的行星运动造成的载荷重复加载、井底复杂环境以及钻井介质多样性等因素影响，导致挠轴的失效情况时有发生，使用时长仍旧偏短。为解决上述问题，许多专家学者在结构和材料方面做了相关研究。如练章华和祝效华等[1-2]从优化和改进挠轴结构角度对挠轴进行了研究；王伟等[3]计算了挠轴的疲劳寿命并对其可靠性进行了分析；陈皎和张海威等[4-5]分别对钛合金高周疲劳性能进行了试验研究，但应用于石油工具的挠轴在机械设计方面还有待优化，裂纹延展规律研究还有待加强。鉴于此，本文通过对挠轴设计圆角、造斜弯角和裂纹深度的计算，研究了优选值下挠轴裂纹的延展规律和挠轴的使用寿命，并进行了试验验证。……