复合载荷作用下特殊螺纹套管接头性能分析

针对在复合载荷工况下石油套管易失效和易泄漏的问题,对复合载荷作用下套管特殊螺纹接头的应力水平和接触压力沿密封面的分布规律进行了研究。依据材料性能和套管接头的结构特点,对特殊螺纹套管接头进行了简化;运用ANSYS软件建立了套管接头的有限元模型,包括网格划分、加载和约束,然后利用ANSYS接触分析功能模块计算得到了特殊螺纹套管接头在上扣过盈配合、轴向拉力、内压以及复合载荷下的应力云图和接触压力云图,着重研究了套管在不同荷载作用下的连接性能和密封性能。研究结果表明:复合载荷中的各个单一载荷对套管接头的性能影响是不同的;轴向拉伸荷载对扭矩台肩和主密封密封性能影响较大,内部压力的增大能够提高接头的密封性能。

特殊螺纹接头参数对套管连接性能影响的有限元分析

为提升特殊螺纹套管接头的连接性能和密封性能,利用ANSYS软件建立套管特殊螺纹接头参数化有限元分析模型,并基于因素轮换法的基本思想,研究不同结构参数(包括螺纹承载面角度、台肩面角度、螺纹锥度)对套管接头连接性能和密封性能的影响。结果表明,在综合考虑接头的塑性变形和滑脱失效两个方面的影响,承载角应选择一个较小的角度值;在复合载荷工况作用下,负角度的台肩辅助密封的效果要好于直角台肩;套管在上扣力矩和轴向拉伸载荷作用下,当接箍内螺纹锥度等于套管外螺纹锥度时,套管接头的连接性能较好。

油套管特殊螺纹接头密封性能的有限元分析

为了提升特殊螺纹套管接头的密封性能,通过模拟油套管下井后的实际工作环境,利用ANSYS有限元分析软件研究和分析不同轴向拉伸载荷对套管接头密封性能的影响。研究结果表明:在复合载荷作用下,过大的轴向拉伸载荷会使螺纹粘扣现象严重,而且还会在密封接触面间产生泄漏通道,同时会使接触面间的接触压力和接触长度减小,接头密封效果变差。

基于正交试验的油套管接头性能优化分析

为了对某一种特殊螺纹油套管接头的抗挤毁性能和连接性能进行优化分析,采用矩阵分析法对特殊螺纹油管接头的承载角、承受的外压、台肩角以及锥度的组合进行筛选。通过建立正交试验的多层结构模型和层结构矩阵,利用各层矩阵的乘积得出实验指标值(套管接头最大等效应力、抗挤毁压应力、螺纹处最大等效应力)的权矩阵,并计算出影响特殊螺纹油管接头的各因素(承载角、外压、台肩角、锥度)、各水平(套管接头最大等效应力、抗挤毁压应力、螺纹处最大等效应力)的权重;根据所研究指标值权重的大小,确定最优组合方案以及各因素对油管接头性能影响的主次顺序。结果表明:承载角为-10°、外压为50MPa、台肩角为-15°、锥度为1∶16.5时,特殊螺纹油管接头可以保持相对较好的抗挤毁强度和较高的螺纹连接强度。

复合载荷工况下特殊螺纹油套管接头三维有限元分析

考虑螺旋升角,应用Solid Works建立某特殊螺纹油套管接头的三维有限元模型并利用ANSYS软件进行有限元分析,分析不同复合载荷工况下油套管接头的应力分布情况。分析结果表明:在一定的内压范围内,管体的应力随内压的增大而增大,但对油套管接头的连接强度影响不大;在一定的轴向拉力范围内,轴向拉力的增大不会引起油套管接头螺纹牙两端的应力超过材料屈服强度,但可导致两端螺纹牙发生断裂失效,影响螺纹连接强度;复合载荷工况下,随着内压的增大,油套管管体和接箍出现向外扩张的趋势,密封面上的接触压力不断增大,可以起到提高油套管接头密封性能的效果。

基于正交试验的特殊螺纹油管接头性能优化分析

为了对某一种特殊螺纹油管接头的连接性能和密封性能进行优化分析,利用矩阵分析法对特殊螺纹油管接头的承载角、承受的内压、台肩角以及锥度的组合进行筛选。通过建立正交试验的三层结构模型和层结构矩阵,利用各层矩阵的乘积得出实验指标值(台肩面接触应力,主密封面接触应力,螺纹处最大等效应力)的权矩阵,并计算出影响特殊螺纹油管接头的各因素各水平的权重;根据权重的大小,确定最优组合方案以及各因素对油管接头性能影响的主次顺序。结果表明:承载角为-3°,内压为30MPa,台肩角为-15°,锥度为1:16时,特殊螺纹油管接头可以保持相对较好的连接性能和密封性能。