在油气井常规修井、贯穿油管作业的现场工况中,这类带螺纹的鱼颈式连接部件是钢丝绳作业工具串里不可缺少的衔接结构,主要承担上部作业抓持部位与下部工具串的刚性连接功能,适配1-3/8英寸标称规格的配套作业接口,是现场标准化作业里通用性较强的一类连接构件。从结构设计逻辑来看,该部件采用阶梯轴式的整体构型,上部加工有标准外螺纹段,用于和工具串内其他同规格连接部件实现螺纹副紧固连接,螺纹段下方设置有直径略大于螺纹大径的轴肩,一方面作为螺纹拧紧时的轴向定位面,保证螺纹旋合深度符合设计要求,避免螺纹过拧造成的牙型损伤,另一方面也能在工具起下过程中阻挡上部杂物卡入螺纹配合间隙,减少井下复杂情况的发生。部件中部为等直径的主体轴段,
是整个零件的主要承力段,设计时充分考虑了钢丝绳提拉、遇卡上提时的轴向拉力载荷,轴径尺寸经过强度校核,能够满足常规井深下的作业载荷要求,表面采用光滑圆柱面设计,减少起下过程中与油管内壁的刮擦阻力,避免工具串在油管内遇卡。下部为直径略小于主体轴段的插入端,对应鱼颈结构的缩颈段,该段尺寸与配套的打捞、抓持工具卡口尺寸匹配,当需要从井内拉出作业工具串时,专用卡瓦、抓斗类工具可以直接卡在该缩颈位置,实现对整个工具串的抓持提拉,不需要额外加工抓持槽,结构简洁可靠,适合井下多泥沙、易腐蚀的复杂工况。从安装边界来看,该零件整体为回转体结构,最大外圆直径不超过配套油管的通径尺寸,保证在起下作业时能够顺利通过油管内径,不会出现台阶刮碰油管接箍的问题;
上部螺纹的旋合长度经过匹配设计,与配套接头连接后不会出现螺纹外露过长或者旋合不足的情况,连接后的整体同轴度较好,在工具串旋转、上下活动过程中不会出现偏磨问题。在实际现场使用中,这类连接部件主要用于钢丝绳作业的工具串顶部,不管是冲砂、打捞还是通井作业,只要采用钢丝绳作为下入载体的作业管串,顶部都需要设置这类标准化的鱼颈连接结构,一方面方便井口操作时快速连接上部下入工具,另一方面在出现工具掉落井内的情况时,该鱼颈结构也可以作为后续打捞作业的抓持着力点,不需要额外寻找打捞台阶,大幅降低后续事故处理的难度。设计这类零件时,除了考虑静载荷下的抗拉强度,还需要充分考虑井下工况的交变载荷影响,比如工具串下放过程中的突然遇阻、上提时的动载冲击,
因此在轴肩位置都设计有小圆弧过渡,避免应力集中造成的零件断裂,同时整体材质选用适合井下环境的合金结构钢,经过相应的热处理后保证表面硬度与芯部韧性的匹配,既能够抵抗井内流体的腐蚀,也能承受作业过程中的冲击载荷,不会出现脆性断裂或者塑性变形的问题。零件的外形没有多余的凸起或者凹槽,所有过渡位置都采用光滑圆弧或者锥面过渡,减少作业过程中杂物的附着,也避免在起下过程中刮碰油管内壁的结蜡、结垢层,降低工具遇卡的概率。在三维建模过程中,这类回转体零件需要重点保证各段轴径的同轴度公差,螺纹段的牙型尺寸需要严格匹配对应标准,轴肩的端面垂直度要满足螺纹连接的密封与定位要求,缩颈段的直径公差需要控制在合理范围内,既要保证抓持工具能够顺利卡入,也要避免间隙过大造成抓持时的打滑问题。
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