方钻杆旋塞阀的三维有限元接触分析

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1、石油机械2012年第40卷第7期CHINAPETROLEUMMACHINERY一25一钻井技术与装备方钻杆旋塞阀的三维有限元接触分析张彤林曹向利曲成(中国石油冀东油田公司勘探开发建设项目部)摘要：为了对方钻杆旋塞阀的旋钮、十字拨块和球阀之间的互作用情况进行分析，找出旋钮和十字拨块的应力薄j点，建立了旋钮、十字拨块和球阀的三维有限元模型。采用C3D4单元对模型进行网格划分，限制球阀底端截面的所有自由度，限制旋钮和十字拨块方向的移动和l，、z方向的转动自由度，扭矩通过旋钮内六方孔中心上方的耦合点施加在旋钮内六方孔上。分析

2、结果表明，十字拨块在旋转方向一侧的外侧边缘处应力最大，且应力最大处与十字拨块的失效位置相同；十字拨块的变形状态与失效后的塑性变形相同。关键词：方钻杆；旋塞阀；十字拨块；球阀；接触分析；失效形式中图分类号：TE921文献标识码：A文章编号：1001—4578(2012)07—0025—04Three-dimensionalFiniteElementContactAnalysisofKellyCockValveZhangTonglinCaoXiangliQuCheng(DepartmentofProspectingand

3、DevelopmentConstructionProject，PetroChinaJidongOieldCompany)Abstract：Tomakeananalysisoftheinteractionbetweentheknob，crosspieceandballvalveofkellycockvalveandtofindoutthestressweakpointoftheknobandcrosspiece，thethree—dimensionalfiniteelementmodeloftheknob，crossp

4、ieceandballvalvewasestablished．TheC3D4unitwasadoptedtoconductameshgenerationofthemodel，restrictingallthedegreeof~eedomofthecrosssectionatthebottomoftheballvalveaswellasthemovementintheXdirectionoftheknobandcrosspieceandtherotatingdegreeof~eedomintheirYandZdirec

5、—tions．Thetorquewasimposedonthehexagonalholewithintheknobthroughthecouplingpointabovethecenterofthehexagonalholewithintheknob．Theanalysisshowsthatthemaximumstressoccursontheedgeoftheoutersideintherotatingdirectionofthecrosspieceandthepositionofthemaximumstressr

6、emainsthesameasthatoffail—ure．Thedeformationstateofthecrosspieceisthesameastheplasticdeformationafterfailure．Keywords：kelly；cockvalve；crosspiece；ballvalve；contactanalysis；failureform损失，严重时甚至诱发井喷事故。王世宏等¨对0引言方钻杆旋塞阀的断裂进行了分析；TarrBA等介绍了一种新型的方钻杆旋塞阀结构；陈浩、谢娟近年来，随着油气资源勘

7、探开发难度的不断加等l3I4提出了旋塞阀的主要失效形式；肖晓华等大，对钻井工具提出了越来越高的要求，而目前使建立了方钻杆旋塞阀的失效故障树模型；何玉发用的方钻杆旋塞阀接连出现壳体裂纹或断裂，球阀等对方钻杆旋塞阀的失效力学机理进行了分析。与阀座之间密封失效、阀座刺坏，球阀与本体问被但以上文献都没有对旋塞阀的旋钮、十字拨块和球钻井液充填，阀座密封面锈蚀或施工钻井液进入腔阀之间的互作用情况进行分析，因此有必要对方钻室固死旋塞阀等事故，给油气田钻井带来巨大经济杆旋塞阀的旋钮、十字拨块和球阀进行三维有限元$基金项目：国家油气重

8、大专项“深水钻井工程设计关键技术研究”(2008ZX05026—001一O1)。石油机械2012年第40巷第7期M=6FL=6FRsin30。：3FR(3)参考文献式中F——抢关扳手和旋钮内六方孔之间的正压力，N；王世宏，冯耀荣．方钻杆上部旋塞阀失效分析及其——抢关扳手的外接圆半径，m。改进建议[J]．石油工业技术监督，1997，13当旋钮内六