无接箍隔水导管接头结构设计及力学特性分析

无接箍隔水导管接头以其优良的工作性能被广泛应用。由于无接箍隔水导管接头螺纹啮合面的非线性,常用的二维接头模型不能满足其复杂的力学分析要求。根据在东海某扣型无接箍隔水导管接头的CAD设计模型,建立了考虑螺纹升角的不同径向尺寸、不同螺纹头数的三维有限元计算模型,分析了无接箍隔水导管接头的结构特点和应用前景。通过上扣转矩、弯矩、轴向拉力等载荷的施加与计算,得到与二维有限元模型不同的计算结果。无接箍隔水导管接头的应力分布不均匀,并且螺纹头数越多,应力极值越小; 探讨了在不同载荷组合下,应力极值出现的位置。可为无接箍隔水导管接头的选择提供参考。     

弯曲载荷下隔水管特殊螺纹接头参数与应力关系研究

针对海洋环境中隔水管存在较大弯曲载荷的情况,采用有限元软件ANSYS对隔水管最易失效的特殊螺纹接头建立了三维接触有限元模型,得到了在弯曲载荷作用下螺纹接头的应力分布。结果表明:最大应力出现在接头本体拉伸侧的第1圈或最后1圈螺纹的根部;接头本体拉伸侧与压缩侧的螺纹根部应力分别与环向角近似成1/2个正弦波函数关系。在此基础上进一步分析了壁厚、螺高、螺距、螺纹圈数和锥度等参数对螺纹处最大等效应力的影响,为隔水管特殊螺纹接头的设计与优化提供了理论依据。     

锥度对油管螺纹联接应力影响的有限元分析

服役条件是影响油管螺纹联接性能的主要因素之一,油管螺纹的几何参数也会影响螺纹联接的接触应力及应力场分布。影响螺纹应力的几何参数主要包括锥度、螺距和牙型角等,采用有限元分析的方法,对不同锥度变化方案下的螺纹联接的应力场进行了有限元分析,得出螺纹截面等效应力、齿面接触应力、螺纹牙侧法向接触压力的分布,通过定量分析锥度的变化对螺纹联接的影响规律,为油管螺纹参数的优化提供依据。     

一种新型钻杆螺纹设计及应力分析

针对应力集中导致石油钻杆螺纹产生疲劳裂纹,进而发生断裂失效事故的问题,在API接头的基础上,研究开发了一种新型钻杆螺纹接头。该新型螺纹结构主要改进之处是内螺纹锥度保持1∶6不变,外螺纹锥度变为1∶6.23。有限元分析结果表明,这种螺纹形式显著改善了接头受力情况,使得螺纹应力分布更加均匀,并降低了主台肩过渡圆角处的应力集中。对样品的上扣试验结果表明,采用新型螺纹后,外螺纹接头主台肩底部的过渡圆角处应力集中情况也得到明显改善,接头整体受力分布和不同区域应力差更趋平缓,降低了螺纹前几牙及主台肩过渡圆角处的应力集中情况,可大大延长接头使用寿命。     

基于ANSYS的套管特殊螺纹接头密封结构设计

分析了API套管螺纹接头的泄漏机理以及特殊螺纹接头的密封机理,在API套管螺纹接头的结构基础上进行了一定改进,提出了一种新型的双台肩、三锥度套管特殊螺纹接头的密封结构形式,并利用ANSYS软件对设计的密封结构在上扣和拉伸两种工况下进行了分析研究,得出了不同工况下螺纹接头各扣牙的受力曲线。分析结果表明,该特殊螺纹接头结构合理,各扣牙受力分布较为均匀,可延长套管接头的使用寿命。关键词:螺纹接头;泄漏机理;密封机理;受力分析     

基于正交试验的气密特殊螺纹油管接头密封性能研究

开发深海油气需要钻探大量超深井、大位移井,井下油管需要承受水下复合载荷的综合作用,这对气密特殊螺纹油管接头的密封性能提出挑战。以?99.25 mm×6.45 mm气密油管特殊螺纹接头为研究对象,以密封面最大接触压力为考核指标,依据ISO 13679标准A系试验载荷包络线对正交优化试验结果进行密封性能分析。分析结果表明：密封面最大接触压力影响因素敏感性由大至小的顺序为：密封面角度>扭矩台肩角度>螺纹承载面角度>螺纹锥度>螺纹螺距;气密特殊螺纹油管接头参数最优组合为密封面角度10°、扭矩台肩角度-12°、螺纹承载面角度12°、螺纹锥度1∶18、螺纹螺距4.8 mm;优组后油管接头在ISO 13679标准A系试验载荷下各加载点密封性能良好。所得结果对气密特殊螺纹油管结构的进一步优化设计具有指导意义。     

非API标准BigOmega特殊螺纹接头连接性能数值分析

以德国非API标准的BigOmega特殊螺纹接头作为研究对象,应用有限元软件ANSYS建立计算力学模型,模拟套管柱接头行为,通过改变螺纹参数（高度、锥度等）,计算得出各扣牙相应的最大法向接触应力与最大接头Mises应力。分析螺纹参数变化对扣牙所受应力的影响规律,从而得到BigOmega接头螺纹参数的改变对套管接头连接性能的影响规律,进而为套管柱接头特殊螺纹扣型的选择提供依据,为套管柱设计提供更为有效的参考。     

考虑温度影响的特殊螺纹油管接头有限元分析

为了解不同温度下依靠主密封面密封的特殊螺纹油管接头的力学行为,为特殊螺纹油管接头的设计和使用提供依据,采用Abaqus有限元软件建立了特殊螺纹油管接头三维有限元模型,分析了温度对接头密封面、扭矩台肩及螺纹段Mises应力和接触压力分布规律的影响。分析结果表明:不同温度下,沿螺纹锥度方向螺纹段扣牙最大接触压力及最小接触压力分别位于螺纹段第1扣和第11扣处,符合螺纹扣牙接触压力分布规律;油管接头最大Mises应力均出现在接头密封面及扭矩台肩处;随着温度升高,各螺纹牙Mises应力逐渐增大,而螺纹牙接触压力增加幅度较小;随着温度升高,密封面接触压力呈先增大后减小的趋势;扭矩台肩处接触压力随温度升高而增大。因此,应用于高温高压气井的特殊螺纹油管接头,在设计和实际应用中应考虑温度的影响。     

石油钻杆公接头螺纹牙根部表面裂纹有限元计算

基于管螺纹连接的简化模型,采用三维有限元位移法,求解不同型号石油钻杆公接头螺纹牙根部具有不同形态的半椭圆表面裂纹在内压、弯曲、拉伸及扭转载荷下的应力强度因子。在大量有限元数值计算基础上,给出了包含接头螺纹结构参数及裂纹形态参数在内的应力强度因子的近似计算公式。     

变螺距套管螺纹在轴向拉力作用扣牙力分布及计算

理想等螺距管螺纹接头在轴向拉力作用下，扣牙力分布呈抛物线状，制约了管螺纹接头的承载能力。采用适当的变螺距工艺可使扣牙力分布得以改善，从而提高套管柱承载能力。本文用解析法求出了变螺距管螺纹接头扣牙力分布曲线，探讨了变距方式、变距量和变距点等问题。     

国产分Φ139．7mm（5in）套管螺纹检测及误差分析

通过对国产Φ１３９．７ｍｍ（５）套管螺纹检测及误差分析发现，由于套管螺纹的锥度及螺距沿管子螺纹轴线的不均匀分布，使得配合螺纹的螺距、锥度突变值较大，造成内、外螺纹不合理匹配。受其影响，局部螺纹的中径偏差亦较大，造成上扣时较大的环向装配应力，发生粘扣，引起螺纹失效。     

变螺距套管螺纹在轴向拉力作用下扣牙力分布及计算

理想等螺距管螺纹接头在轴向拉力作用下，扣牙力分布呈抛物线状，制约了管螺纹接头的承载能力。采用适当的变螺距工艺可使扣牙力分布得以改善，从而提高套管柱承载能力。本文用解析法求出了变螺距管螺纹接头加牙力分布曲线，探讨了变距方式，变距量和变距点等问题。     

新型钻具特殊螺纹优化设计

随着勘探开发向深部发展,对钻具接头的连接强度提出了更高的要求。根据钻具接头受载时螺纹牙的力学特征,设计出一种双台肩锯齿状螺纹牙新型特殊螺纹接头,该结构内表面平滑,降低压耗,螺纹锥度小。文章基于接头抗扭性能理论计算公式与螺纹牙变形原理,提出了一种新型钻具特殊螺纹结构,利用正交优化的方法优选结构参数,得到最优参数为锥度1∶16,螺距7.25 mm,牙高4.10 mm,承载角-3°,导向角45°。进而采用ABAQUS对比计算了普通接头、双台肩接头、新型钻具特殊螺纹接头在井下拉扭复合载荷下的承载性能。结果表明,相较于普通接头和双台肩接头,新型钻具特殊螺纹接头水眼增大10.3%,抗拉性能分别提升15.4%和10.9%,应力集中分别优化22.0%和16.6%,特殊螺纹接头的疲劳寿命分别提高11.2%和7.6%。     

国产φ139.7mm（51／2in）套管螺纹检测及误差分析

通过对国产φ１３９．７ｍｍ（５１／２ｉｎ）套管螺纹检测及误差分析发现，由于套管螺纹的锥度及螺距沿管子螺纹轴线的不均匀分布，使得配合螺纹的螺距，锥度突变值较大，造成内，外螺纹不合理匹配，受其影响，局部螺纹的中径偏差亦较大，造成上扣时较大的环向装配应力，发生粘扣，引起螺纹失效。     

API 8牙圆螺纹接头密封性分析

文章通过对相关参数的分析，找出螺距、锥度、中径、接箍不圆度等参数对API8牙圆螺纹油套管接头密封性的影响，从而提出内、外螺纹旋螺纹配合的理想公差范围。     

深水钻井隔水导管承载能力影响因素分析

深水钻井中隔水导管的下入深度、力学性能及载荷特征是影响其承载能力的主要因素，隔水导管的承载能力又直接影响其与井口连接的稳定性，而目前设计隔水导管尺寸及下入深度时大多基于工程经验，缺乏理论依据。通过建立综合考虑海底地层性质、轴向和横向载荷、隔水导管力学性能的力学模型，分析了影响隔水导管横向位移及应力分布的因素，结果发现:井口横向载荷是影响隔水导管横向位移的主控因素，而轴向载荷对隔水导管横向位移的作用并不显著；随着隔水导管入泥深度增大，其横向位移逐渐减小，而应力则先增大后减小，其中位移和应力在入泥深度10.00 m左右处存在拐点；地基力学性能对隔水导管位移及应力分布的影响极其明显。研究结果对不同海水波动、海床力学性能等工况下深水隔水导管的力学性能参数优选、结构尺寸选择及下入深度确定具有理论及工程指导意义。      

8in钻铤上NC56接头的应用及在NC38和更大尺寸BHA接头上加工1in或3／4in应力减轻槽

设计底部钻具组合时 ,设计者必须选择接头的类型和接头是否使用应力减轻槽。通过对比NC5 6和 6 REGAPI接头的疲劳寿命 ,比较了两种接头的优劣性。对三种普通的公螺纹应力减轻槽宽度及其对疲劳寿命的影响进行研究。接头疲劳寿命的提高可以通过有限元分析和Morrow应变周期模型来定量分析。结合高疲劳抗力牙型和增加母螺纹锥度来提高母螺纹的刚度 ,使得NC5 6接头比 6 REG接头的寿命有显著的提高。结果表明带有 in和 1in的应力减轻槽的公螺纹的寿命是最长的 ,宽度为 1in的应力减轻槽比 in的更好 ;没有应力减轻槽的公螺纹的寿命最短 ,其次是带有 in的应力减轻槽的公螺纹。     

热采井中偏梯形套管螺纹有限元分析

采用有限元方法分析了热采井中的偏梯形套管螺纹接头在不同载荷工况下的力学特性。结果认为,套管在承受轴向拉伸载荷的工况下,最大等效应力的发生区域集中在套管螺纹和接箍螺纹的两端;在套管温度升至300℃的工况下,螺纹接头已发生塑性屈服,并且塑性区域有从接头两端向接头中部发展的趋势;套管温度降至地层原始温度30℃的工况下,塑性屈服区域减小,仅局限在接头两端。在轴向拉伸载荷的工况下,最大接触压力发生在套管螺纹的第1圈,并且每圈上的接触压力分布并不是均匀的;高温载荷下,螺纹间的接触压力值和接触位置发生了改变;恢复至初始温度时,套管螺纹接触面上的接触压力增大。     

新型快速上扣套管螺纹的设计与应用

基于海上钻井作业特殊工况的要求,设计了新型快速上扣套管螺纹,新型螺纹锥度为1∶12,螺距为6.35 mm,导向面为30°,承载面为0°,并且采用台肩结构进行位置约束,采用内平设计避免紊流。有限元力学分析结果表明,新型螺纹的等效应力分布均匀,连接强度高于管体本身;室内全尺寸实物试验结果表明,新型螺纹具有良好的上卸扣特性,无粘扣现象,具有较高的连接强度,密封性能好。新型快速上扣套管螺纹在渤海某油田的现场应用效果良好,下套管过程快速、平顺,没有发生错扣现象,上扣速度比同规格API偏梯形螺纹提高20%以上,大大提高了下套管作业效率。     

20”炮栓式隔水导管接头强度校核

为了研究20"炮栓式隔水导管接头的应力分布规律,利用理论计算进行强度校核并验证理论设计的正确性与合理性。利用ANSYS软件对隔水管接头进行多体非线性接触分析,同时运对隔水管接头进行结构优化,以保证海洋钻井隔水管接头各主要零部件在承受拉伸、弯曲、内压条件下的强度时的安全性及可靠性。