api圆螺纹接头力学性能的数值仿真与实验研究.pdf

《api圆螺纹接头力学性能的数值仿真与实验研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、上海交通大学博士学位论文API圆螺纹接头力学性能的数值仿真与实验研究姓名：袁光杰申请学位级别：博士专业：机械制造及其自动化指导教师：姚振强20040601 上海交通大学博士学位论文圆螺纹接头力学性能的数值仿真与实验研究�摘要随着油气勘探开发向纵深发展以上的APIAmericanPetroleumInstitute圆螺纹油套管越来越高的要求据统计资料表明新型钻井技术的采纳对占据油气田市场份额90*接头的抗失效性能提出了螺纹连接部位是油套管的最薄弱环节近年来有近失的油套管柱失效事故发生在这个部位油套管接头内外螺纹的联接每年造成国内油气田数千万元的经济损是一对以薄壁钢管

2、为机体的空间螺旋曲面在外力作用下的接触与变形的耦合过程环境恶劣影响因素多此过程在封闭空间进行结合表面为内部界面工作失效机理复杂如何有效提高API油套管接头抗失效性能成为目前国内外油气田和油套管生产商急需解决的重大工程问题接头抗失效机理对于丰富锥管螺纹连接性能具有重要的科学价值而且深入研究油套管�本文在详细阐述国内外关于API圆螺纹油套管接头性能研究现状及发展的基础API油套管圆螺纹接头抗失效性能的研究成果主要研究内上系统地论述了作者对容和创新如下1提出油套管粘扣失效影响因素的分析方法和判定准则在归纳总结了油套管的失效形式失效原因和油气田采取的相应对策的通过分析现场

3、油套管失效案例基础上建立了油套管失效分析流程框图建立了油套管螺纹接头粘扣失效故障树确定出粘扣影响因素的判定准则因素的关联度进行了定量评价采用灰色关联分析法对油套管粘扣失效的各种影响为确定出影响油套管螺纹粘扣失效的主要因素提供了理论依据��系统地建立了锥管螺纹连接几何参数采用圆锥螺纹几何学分析方法接触应力连接应力和载荷分布的数学模型建立了空间圆锥螺旋线和API圆螺纹牙圆锥螺旋面的数学模型应用经典力学和微分理论推导出啮合螺纹牙的载荷分布函数马鞍型分布影响这种分布的主要因素是内外螺纹应用弹性理论建立了油套管圆锥螺纹连接在机紧扭矩结果表明啮合螺纹牙的载荷分布呈接头截面积之

4、和与螺纹牙柔度内压和轴向拉力作用下的径向接触压力和连接应力的数学模型推导出油套管螺纹接头的泄漏判据数学表达式确定出机紧扭矩作用下外螺纹端部内表面达到屈服时所需机紧圈数的�*油套管是石油开采过程中所使用的油管和套管两种薄壁管件的简称主要组件套管则是钻采过程中分隔环空和井壁的主要组件其中油管是采油过程中原油流向地面通道的有稳定井壁保护井筒等功能I 摘要�建立了不同几何参数和复合载荷作用下油管套管螺纹连接的非线性数值模以���不加厚圆螺纹油管接头和长圆螺纹套管接头作为研究对象应用材料物理模型和有限元模型圆螺纹连接进行数值模拟研究其在上卸扣周期性动载以及复合载荷作用下油套

5、管螺纹连接对采用变螺距和变准度方案但满足标准的油套管螺纹连接进行了数模拟结果显示啮合螺纹牙两端接触力过高是造成螺纹接头粘扣失效的主要原型圆螺纹接头的理论分析结果采用非线性有限元软件建立油套管的力学模型对油套管轴向载荷�扭距摩擦载荷内压的力学特性值模拟因变螺距和变锥度方案可使啮合螺纹两端接触力峰值降低幅度高达���提出一种锥管螺纹接头内外螺纹副接触应力场和温度场的动态测试方法利用该方法得出螺纹粘扣失效的温度判据和失效机理此方法在油管接头的接箍外表面和管体内表面布置应变计阵列时应力场的动态变化采用动态应变测试系统来采集啮合锥管螺纹外表面实采用红外线热像仪来实时记录上卸

6、扣过程中接箍外表面的温度场变化从而解决了将一对锥管螺纹曲面的内部界面接触及摩擦发热信息进行外部测应用扫描电子显微镜对测试中粘扣失效的螺纹牙表面进行分析试的难题并在此基础上全面分析和揭示了油套管螺纹粘扣失效机理和影响因素管接箍外表面温度超过60度时螺纹连接就已经产生粘扣失效试验结果表明以粘着磨损为主管螺纹粘扣的主J55油磨料磨损腐蚀磨损和微动磨损为辅的四种不同磨损的联合作用是油套要失效机理�5提出适合于套管钻井的套管疲劳失效控制措施和特殊螺纹接头设计概要套管钻井中套管疲劳的影响因素失效形式检测方法疲劳寿命及疲劳失效的控制为套管的疲劳设计奠定基础应用对API圆螺纹接头

7、理论数值分对方法进行了研究析及试验所获得的结果钻井所需的特殊螺纹接头进行研究结构方面的详细设计思路并结合套管钻井技术对套管及其接头的新要求就开发套管提出了此型特殊接头在螺纹牙扭矩台肩和密封关键词螺纹连接粘扣失效疲劳失效套管钻井温度场应力场II 上海交通大学博士学位论文NUMERICALSIMULATIONANDEXPERIMENTALRESEARCHONMECHANICALBEHAVIOROFAPIROUNDTHREADEDCONNECTIONABSTRACTAPIAmericanPetroleumInstituteroundthreadconnection,wh

8、ichho