基于可靠性的撓性鉆桿性能檢測

關立輝

（中國電建集團長春發電設備公司，吉林 長春 130000）

為了解決在送軟煤層瓦斯抽采難的問題，研制了強造斜穩定組合鉆具系統。在此系統中，撓性鉆桿作為主要組成部件，需要達到的技術指標有抗拉強度、抗壓強度和抗扭強度；其次是達到撓曲變形的要求；還要達到必要的密封要求。目前研制的新型撓性鉆桿技術參數如表1 所示。為了檢測撓性鉆桿是否達到設計要求，對撓性鉆桿的抗扭強度和密封性進行了實驗研究。

表1 鉆桿技術參數

1 撓性鉆桿的抗扭強度的試驗

本實驗是在擰扣機上對新型撓性鉆桿進行破壞性試驗，測量撓性鉆桿的破壞扭矩，測試撓性鉆桿的抗扭強度。

試驗采用交錯雙曲面夾緊機構液壓擰扣機的改進型產品，試驗過程中，首先將撓性鉆桿兩端定位夾緊，然后采用逐步增加實驗設備的扭矩參數，觀察實驗鉆桿扭曲情況，并時刻記錄實驗設備加載扭矩參數，直到鉆桿發生功能失效性破壞，扭矩加載結束。

試驗中，當實驗機器持續加載扭矩，達到4000Nm 時鉆桿未發生破壞，持續2 分鐘后，仍舊未見破壞。為了測試撓性鉆桿的破壞扭矩，當加載到4247Nm 時，撓性鉆桿接頭已經開始變形，撓性接頭已經開始產生塑性變形，向兩端翹起。當載荷增加到5247Nm 時，新型鉆桿撓性接頭發生功能失效性破壞，撓性接頭變形情況如下圖1 所示。

圖1 鉆桿失效性破壞的變形情況

試驗數據表明，被加載鉆桿靜態扭矩最大可達4000Nm，遠遠超過1900Nm 的設計標準，滿足相關功能要求。

2 撓性鉆桿密封性能測試

在撓性鉆桿工作過程中，為了沖洗鉆頭，在鉆桿內孔內安裝高壓膠管，為了滿足技術要求，需要對膠管接頭與鉆桿接頭進行密封處理。因此要對撓性鉆桿密封性能進行測試。

2.1 實驗設備

撓性鉆桿密封性試驗采用3NB-300/12 型泥漿泵作為加壓設備，該泵具有壓力高、泵量大的特點。其主要技術參數見表2 所示。

表2 3NB-300/12 型泥漿泵主要技術參數

2.2 試驗方案

在檢測高壓膠管接頭與鉆桿接頭的密封性的試驗中，將6 根鉆桿連接在一起作為整體，一端用螺栓密封，另一端高壓膠管與泥漿泵連接，如圖2 所示。

圖2 撓性鉆桿連接示意圖

為了進行密封效果對比，鉆桿接頭處由于未完全上緊，在供水壓力為2MPa 時即出現泄漏，隨著泵水壓力的提高，泄漏量明顯增加。撓性接頭的密封性較好，隨著供水壓力的增加，無泄漏情況出現。

完成上述試驗后，將鉆桿接頭上緊，盡量減少鉆桿接頭處泄漏量，分別向鉆桿內泵送2、4、6 和8MPa 的壓力水，繼續進行密封性試驗。

實驗結果顯示，在實驗開始，鉆桿接頭處依然有少量水泄漏，但隨著泵水壓力增加，泄漏量增大，撓性鉆桿轉換接頭處未出現泄漏。上述實驗說明說明撓性鉆桿的密封可靠，能夠滿足耐壓8 MPa 的要求。

3 結 語

在驗證新型撓性鉆桿抗扭強度和密封性兩項關鍵技術指標的過程中，對鉆桿接頭進行了破壞性抗扭試驗，結果顯示，在鉆桿撓性接頭不變形的狀態下，試驗鉆桿靜態抗扭強度達到了4000Nm，大于1900Nm 的設計要求；密封性試驗的結果顯示，在8 MPa 壓力條件下，撓性鉆桿密封可靠，達到了設計要求。