用光弹性法探讨石油套管螺纹连接的强度和密封性能

应用光弹性方法，探讨石油套管螺纹连接部分的应力分布及密封性能，采用石油不同的锥度模型模拟轴向拉伸、轴向尺寸过盈和径向尺寸边盈等多种载荷，研究了由此组合成不同工矿下的应力分布规律，齿的接触压力以及施加不同尺寸过盈对螺纹连接部分的强度和密封性能的影响，结果表明，增大螺纹锥度，有利于提高强度，但对密封性能不利，从密封效果考虑，施加径向尺寸盈明显优于施加轴向尺寸过盈。     

特殊螺纹套管接头连接性能的安全可靠性分析

建立套管接头内、外螺纹牙啮合物理力学模型,依据螺纹啮合对变形协调方程和单个螺纹牙轴向弹性变形分析,推导出套管接头螺纹牙承载分布不均性规律及其法向接触力计算方程组,并利用有限元计算结果验证了螺纹牙受力解析值的可参考性.结合弹性力学理论和API偏梯形螺纹计算准则,根据可靠度理论建立特殊螺纹套管接头三种连接失效形式的极限状态方程,利用Monte Carlo方法对服从正态分布的螺纹各项加工参数进行抽样,统计得出套管接头发生连接失效的概率及其相应可靠度.计算结果表明:特殊螺纹套管接头各连接失效形式的可靠度由大到小排序为螺纹跳扣>管体屈服>螺纹牙剪切>接头抗拉.     

套管螺纹接头连接性能的接触有限元分析

根据套管螺纹接头的结构和受载特点,基于接触问题的有限元混合法和面向对象的程序设计思想,建立了套管接头螺纹旋合接触的有限元分析模型,编制了相应的有限元分析程序,并以此对3种载荷条件下载荷在各螺牙上的分布进行了分析研究,结果表明,载荷分布的不均匀性对套管螺纹接头的连接性能有重要影响,从而为套管接头螺纹的合理设计提供了基础     

具有局部牙形误差的油套管螺纹联接受力分析

油套管螺纹加工过程中会产生局部牙形误差,这种局部牙形误差会影响油套管螺纹联接的受力和变形,进而影响螺纹联接质量。在弹性力学的基础上,根据螺纹牙的几何形状,建立新的数学模型,通过对每圈螺纹牙进行受力分析,得到能够考虑局部牙形误差的油套管轴向过盈联接时螺纹牙齿面上受力分布的计算公式。同时,以P-110S圆柱管螺纹为计算实例,研究了不同的局部牙形误差对油套管螺纹联接的受力影响,得出了一系列规律性的结论。     

两级柱螺纹套管接箍扣牙力计算与分析

本文提出两级柱螺纹套管接箍扣牙受力分布计算的解析法，这种方法的计算结果表明，两级柱螺纹套管接箍扣牙力分布呈“Ｗ”形，扣牙力分布的均匀性得到明显改善，有效地提高了套管接箍的承载能力，计算值与市场产品的两级柱螺纹推荐上扣力矩和轴向拉力十分吻合，说明该计算方法是正确的。     

轴向载荷对套管螺纹连接应力的影响分析

针对深井和大位移井中套管存在很大的轴向拉伸和压缩载荷的情况,采用有限元方法对套管柱中最薄弱的螺纹接头部分进行了分析计算,研究了API长圆螺纹套管在轴向拉、压载荷作用下,螺牙面的接触压力和应力分布规律,结果表明:API长圆螺纹套管接头最大接触压力出现在公扣的根部,并且前4扣的接触压力和应力较大,最有可能发生粘扣和屈服破坏。对在深井、大位移井中正确选用API长圆螺纹套管,减少套管连接部位失效事故的发生具有重要意义。     

8牙圆螺纹套管接头应力分析

应用弹性理论推导出了接头在不同工况条件下的应力表达式，并且在计算机上进行了模拟．计算结果与国外实验值有可比性，可用于工厂对套管进行力学性能分析．     

两级柱螺纹套管接箍扣牙力计算与分析

本文提出了两级柱螺纹套管接箍扣牙受力分布计算的解析法．这种方法的计算结果表明，两级柱螺纹套管接箍扣牙力分布呈“Ｗ”形，扣牙力分布的均匀性得到明显改善，有效地提高了套管接箍的承载能力．计算值与市场产品的两级柱螺纹推荐上扣力矩和轴向拉力十分吻合，说明该计算方法是正确的．     

套管接头螺纹滑脱失效有限元模拟

套管螺纹接头必须满足结构完整性,用能考虑螺纹接触边界存在大变形和大滑移条件的有限元程序,对套管螺纹接头滑脱失效影响参数进行了有限元模拟。模拟结果表明：螺纹锥度大小对滑脱影响很小,材料性能对滑脱影响最大;滑脱的开始位置在接箍的端部。模拟结果与实际情况相吻合。     

拉伸载荷作用下套管接头的特性分析

利用有限单元法轴对称模型，分析了8牙圆螺纹套管接头在拉伸载荷作用下的应力和变形，给出了负荷和各应力沿轴向的分布规律．     

体积压裂套管剪切变形载荷分析及强度设计

页岩气开发过程中井筒穿越天然裂缝/断层,体积压裂时天然裂缝/断层容易被激活,导致套管剪切变形,套管内径缩小,井下工具无法下入。目前对套管剪切变形条件下的受力分析较少,现有研究主要采用套管Mises应力屈服准则判断套管失效,该准则对于套管大剪切变形问题已不适用。为探究天然裂缝/断层滑移导致的套管剪切变形问题,建立套管-水泥环-地层组合体有限元模型,对位移载荷作用下的套管力学行为进行研究。分析了各因素对套管受力及缩径量的影响,并提出套管缩径量与应力相结合的套管外载设计方法。研究结果表明:套管剪应力及Mises应力随地层滑移量增大而增大,在10 mm滑移量作用下,套管Mises应力已超过屈服强度,建议采用剪切载荷进行强度校核;套管缩径量主要集中在距离滑移面1 m范围内,套管局部区域出现膨胀现象;考虑套管变形量的载荷设计可以有效防止体积压裂过程中套管变形导致压裂工具无法下入的问题。     

基于地层流变通式的套管载荷研究

我国流变性地层套管损坏严重,准确了解流变地层套管外载及其影响因素对套管强度设计具有重要意义。为此,基于地层流变通式,采用拉氏变换法对均匀地应力下流变地层位移方程进行了求解,建立了流变地层套管外载荷计算的新方法,分析了不同元件组成的流变模型对套管初始及最终载荷的影响规律。结果表明地层为三个或三个以下元件组成的流变模型时,套管初始载荷为流变模型中不与黏性元件或塑性元件直接并联的弹性元件所产生的套管载荷,最终载荷等于模型中所有弹性元件共同作用产生的载荷。研究成果对流变地层套管设计、延长套管使用寿命及降低套损发生率有一定的指导作用。     

螺距误差对套管螺纹载荷传递特性的影响

根据套管螺纹接头的结构和受载特点,在先期建立的套管接头螺纹旋合接触的有限元分析模型和分析程序的基础上,研究了因加工误差而造成套管接头内、外螺纹螺距不一致时对其载荷传递特性的影响;给出了在内、外螺纹个有不同的螺距配合时,载荷在套管接头各扣螺纹上的分布规律曲线,为设计时合理选择套管接头内、外螺纹的螺距公差提供了依据。     

双层组合套管优化设计方法

钻井遇到盐岩层及其它蠕变率高的地层时,套管受到内压和高外压的作用,常常引起变形甚至挤毁．对于此类地层,套管设计可行的办法是采用双层组合套管．认为双层组合套管在这类地层中,破坏是强度问题而不是失稳问题．从此点出发,采用相当应力建立了优化数学模型,利用复形法进行强度优化设计．经过多次电算,证明本文的设计是实用的,并有明显的经济效益．     

螺距误差与 API8 牙圆螺纹套管接头上扣扭矩的关系

本文研究了螺距误差对螺纹牙过盈分布的影响，求出了由于过盈产生的接触压力，进而得到装配扭矩，从理论上揭示了螺距误差对扭矩的影响规律，为进一步深入分析螺纹几何参数对扭矩的影响奠定了基础。     

油套管特殊螺纹接头上扣扭矩理论分析

油套管特殊螺纹接头上扣扭矩及其构成对于提高接头结构完整性和密封完整性至关重要。在分析典型上扣
扭矩曲线基础上,采用弹性力学厚壁圆筒理论和旋转台肩扭矩公式,建立了特殊螺纹接头上扣扭矩理论计算方法,研
究了不同过盈量和螺纹脂摩擦系数对接头总上扣扭矩及其构成的影响规律。结果表明：过盈量和螺纹脂摩擦系数越
大,总上扣扭矩越大;螺纹径向过盈量、密封面径向过盈量、螺纹脂摩擦系数越小,台肩面轴向过盈量越大,作用到台
肩面扭矩与总扭矩比值越大。总体上,台肩扭矩比值主要受螺纹径向过盈量和台肩轴向过盈量控制,而螺纹脂摩擦系
数主要影响总上扣扭矩。建议加强优化公差配合、提高接头加工精度、严格控制上扣圈数并注重优选螺纹脂。研究结
果对于确定特殊螺纹接头合理上扣扭矩以及强度计算提供了理论依据。