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论文来源于中煤科工集团重庆研究院有限公司重点科研项目《异型钻杆及其配套钻进工艺技术研究》。课题研制的63ZGS73型三棱钻杆,能够在松软突出煤层中稳定钻进,减少使用普通钻杆时经常出现的抱钻和钻杆断裂等孔内事故,提高煤矿井下煤层气的抽采率,扩展钻机对地层的适应性,改变松软突出煤层的钻孔工艺,突破只能用螺旋干式排渣方式钻进松软突出煤层的钻孔工艺,为中国松软突出煤层井下煤层气开发提供可靠的工具和技术支撑。 论文采用理论分析、类比设计、对比分析和性能试验的研究方法对松软突出煤层三棱钻杆进行研究。利用分析软件对关键零部件进行结构优化分析和强度分析;通过工艺流程分析、加工工艺分析和辅助工装设计分析,完成加工工艺优化;通过台架性能试验和工业性能试验,验证三棱钻杆各项功能,最终使得三棱钻杆的各项性能达到设计要求,满足现场使用需求。 论文主要研究内容及结论如下: ①介绍软煤层钻杆国内外现状及发展趋势,从钻杆的结构设计和加工工艺两方面进行分析,指出国内现有三棱钻杆存在的问题及发展方向。 ②对三棱钻杆钻进工作原理进行分析;对三棱钻杆结构、参数进行设计,对其结构强度进行分析,确定三棱钻杆的结构组成和具体参数。 ③对三棱钻杆工艺流程进行分析和优化;对公母接头和三棱钢管加工工艺进行分析和优化,解决钻杆三棱方向错位、钻杆使用过程拆卸困难和与导向器摩擦严重等问题;对焊接工艺和热处理工艺进行优化,使焊缝质量得到控制及提高,解决焊缝处断裂的问题;设计加工定位工装、检测工装和变位工装,为三棱钻杆的加工质量提供保障,提升加工效率。 ④对三棱钻杆进行台架性能试验以及工业性能试验,校验钻杆整体性能,其试验结果表明三棱钻杆设计合理、性能稳定、操作方便,钻进效率高,符合设计要求,满足现场使用需求。