钻井工具多轴高周疲劳寿命预测模型优选

《钻井工具多轴高周疲劳寿命预测模型优选》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、石油勘探与开发8082015年12月PETROLEUMEXPLORATIoNANDDEVEL0PMENTV_01．42NO．6文章编号：1000—0747(2015)06．0808．04DOI：10．11698／PED．2015．06．15钻井工具多轴高周疲劳寿命预测模型优选NarayananGovindarajan(Rolls—RoyceDeutschlandLtd&CoKG)摘要：针对钻井工具多轴高周疲劳问题，进行了疲劳寿命预测模型优选。结合多轴疲劳理论，分析了非比例加载条件下的多轴应力状态及多轴疲劳情况下材料开裂行为，总

2、结了多轴疲劳模型，并推荐DangVan模型用于判断钻井工具在特定应力下是否会发生疲劳失效。介绍了DangVan模型的基本准则、推导原理、适用范围及疲劳极限计算公式。基于钻井现场实际应用的稳定器转向定子驱动轴实际故障验证了DangVan多轴疲劳模型，并将其与原始平均应力模型进行了对比，结果表明，原始平均应力模型计算结果偏于保守，DangVan模型更适用于钻井工具多轴高周疲劳寿命预测。图5参10关键词：钻井工具；非比例载荷；多轴高周疲劳；疲劳寿命；预测模型中图分类号：TE24；TG111．8文献标识码：AMultiaxialhig

3、hcyclefatiguelifemodeloptimizationfordrillingtoolsNarayananGovindaraianolls—RoyceDeutschlandLtd＆CoKG)Abstract：Thefatiguelifemodelwasoptimizedintermsofthemultiaxialhighcyclefatiguefailuresofdrillingtools．Basedonthemultiaxialfatiguetheory,thestressstateunderthenon-pro

4、portionalloadingandthecrackingbehaviourofthematerialundermultiaxialfatiguewereanalyzed，themultiaxialfatiguemodelsweresummarized，andtheDangVanmodelwasrecommendedforjudgingwhetherornotthedrillingtoolwillbesubjectedtofatiguefailureunderthecertainstressstate．Thefundamen

5、talcriterion，derivationprinciple，applicationscopeandfatiguelimitcalculationmethodwereintroduced．TheDangVanmodelwasvalidatedwithfieldfailuresofthedriveshaftofstabilizersteeringstatorwhichwasusedinthedrillingprocessofoilandgasfields，andcomparedwiththeconventionalmeans

6、tressmode1．Theresultsshowthatthemeanstressmodelpredictsinaoverconservativeway,andtheDangVanmodelismoreapplicableforpredictingmultiaxialhighcyclefatiguelifeofdrillingtools．Keywords：drillingtool；non—proportionalload；multiaxialhighcyclefatigue；fatiguelife；predictionmod

7、elO引言命公式可得出多轴疲劳寿命。实际应用中也有多种增加多轴疲劳寿命的方法，喷丸处理是增加工具表面压由于弯曲载荷和扭曲载荷循环交替作用在钻井工缩残留应力的常用方法之一[4]。然而，非比例加载情况具上，钻井工具经常发生多轴疲劳失效。当弯曲载荷下的钻井工具结构开裂行为与受单轴疲劳载荷的结构和扭曲载荷以不同的频率施加到钻井工具上时，常规开裂行为完全不同，利用等效应力．应力方法处理非比的平均应力疲劳模型已不再适用于钻井工具结构评例载荷时会导致一些问题。估，而需要合适的多轴疲劳模型。钻井作业时，钻井本文着重结合多轴疲劳模型和相关固体力

8、学理论工具处于复杂应力状态下，3个主应力的方向在加载周进行研究，选择最合适的多轴高周疲劳寿命预测模型，期内持续变化，即呈非比例加载形式，钻井工具承受并基于现场钻井工具故障和测试结果来验证本文推荐多轴疲劳载荷。的模型。利用常规平均应力疲劳模型来预测钻井工具结构1多轴疲劳理论疲劳