特殊扣石油套管接头上扣扭矩计算方法

研究了特殊扣石油套管接头上扣扭矩的构成,利用厚壁圆筒理论,推导了特殊扣石油套管接头上扣扭矩的计算方法,确定了螺纹牙径向过盈量,分析了螺纹脂摩擦因子对上扣扭矩的影响。结果表明,在螺纹过盈量一定的情况下,所用螺纹脂的摩擦因子越大,螺纹牙径向过盈扭矩所占总扭矩的比值越大,并逐渐趋于一定值。在进行特殊扣接头加工时,应优化公差配合,优先保证密封结构的加工精度和表面粗糙度,并注重螺纹脂的选择。利用本文给出的计算方法,可以较好地估算特殊扣接头的上扣扭矩。     

新型定向钻杆接头HLBT-8A的抗扭性能分析

阐述了新型定向钻杆接头HLBT-8A的基本结构和设计思想,并对该新型钻杆接头的最大屈服上扣扭矩进行了近似计算,运用有限元方法对该接头的上扣性能进行了分析,重点分析了主台肩、副台肩及螺纹所分担扭矩的情况,得到了该接头上扣扭矩-圈数曲线图,并通过全尺寸试验进行了验证。计算和试验结果表明,该接头具有先进的螺纹形式和合理的扭矩台肩结构,具有优良的抗扭性能、合理的应力分布,研究结果可以为开发更多适合工程实际需求的特殊螺纹钻杆接头提供参考。     

组合式冷轧支承辊热装关键工艺参数模型建立

为定量分析组合式支承辊热装工艺参数、辊套表面状态及材料参数对热装组合式支承辊性能的影响,推导出了热装配合面径向应力、等效应力计算公式、热装过盈量范围公式以及过盈配合面可传递扭矩计算公式,分析了辊套厚度、辊套外表面温度、配合面摩擦系数以及轧制传动方式与组合式支承辊热装最小和最大过盈量之间的定量关系,并得到了辊套厚度、热装过盈量及其结合面摩擦系数对结合面径向应力、等效应力以及可传递扭矩的影响规律,基于ABAQUS软件模拟了热装过程,得到了不同过盈量、不同辊套厚度时的径向应力和等效应力,并与解析模型结果进行了对比。结果表明:提高辊套材料的屈服强度、增大配合面摩擦系数、降低轧制过程辊套外表面温度不但可以明显降低热装组合式支承辊所需最小过盈量并提高热装允许最大过盈量,而且可以增大过盈配合面可承受转矩,对提高组合式支承辊制造技术水平并改善其性能具有重要实际意义。     

冷轧组合式支承辊过盈配合面应力和微动滑移的分布及影响因素

采用ABAQUS软件建立冷轧组合式支承辊的三维模型,通过模拟带钢轧制过程获得不同工艺参数条件下支承辊辊套和辊芯之间过盈配合面的应力及微动滑移分布,并分析了辊套厚度、配合面摩擦系数、过盈量、轧制力、弯辊力等参数对过盈配合面应力分布及微动滑移量的影响规律。结果表明:过盈配合面上周向应力最大,径向应力次之,且二者均在轧辊压扁区达到最大;离支承辊长度方向对称面越远,过盈配合面上的微动滑移量越大,且压扁区边部的周向滑移量最大,压扁区中部的轴向滑移量最大;支承辊外径不变时,辊套厚度与过盈配合面等效应力成正比,与微动滑移量成反比;摩擦系数对等效应力影响很小,但与微动滑移量成反比;当过盈量增大时,配合面上的接触应力和应变都增大,微动滑移量先增加后趋于稳定;轧制力增大导致过盈配合面微动滑移量和轧辊压扁区等效应力增大,但弯辊力对等效应力及微动滑移的影响均较小。     

铝合金油管特殊螺纹接头设计及密封性能

以应用于油井特殊环境下的铝合金油管为研究对象,对其接头螺纹及密封进行了设计研究。首先根据应用环境,确定了接头的结构及密封形式,然后采用理论设计方法,对偏梯形螺纹进行等强度设计,通过建立二维轴对称有限元模型,对螺纹面、密封锥面、密封环的密封特性进行了设计研究,结果表明:螺纹面和锥面的接触应力都随着其自身过盈量的增加而增加,但内外锥面的接触应力随着螺纹面过盈量的增加而减少,螺纹面的接触应力随锥面的过盈量变化不大。端面密封环过盈量的设计要综合考虑油管及自身受力的变形,以确保在密封环的变形量在其弹性范围内,提供较好的密封性能。最后以设计的结构参数为例,分析了接头在不同工况下的强度及密封性能,结果满足应用要求,验证了设计的合理性。     

高温高产井油管屈曲对特殊螺纹性能的影响

为研究高温高产井中油管发生屈曲对特殊螺纹性能的影响,借助ABAQUS有限元软件建立了某特殊螺纹的三维有限元模型,结合实际屈曲工况,并综合考虑了温度、内压、轴向力等因素,得到了屈曲后油管特殊螺纹的应力分布以及密封结构上的接触压力分布。结果表明：屈曲后特殊螺纹环向上应力分布不均,表现为受压缩一侧Von Mises应力及接触压力明显大于受拉伸一侧,且正弦屈曲段相比于螺旋屈曲段接头环向上的应力集中更突出;屈曲后,受压一侧的台肩以及管体大端外螺纹第一扣处的Von Mises应力值超过了材料的屈服强度,结构发生塑性变形;受拉一侧的密封面以及台肩面上的接触压力为零,密封结构失去密封能力。     

智能钻杆导电环结构有限元分析

导电环是智能钻杆导电性能及可靠性的关键。介绍了加工的智能钻杆导电环结构,结构中的内导电环和外导电环分别位于钻杆母接头和公接头的螺纹内径端部,它们之间的柱面接触实现了钻杆接头处的电力及信号导通。对室内钻杆上卸扣试验中导电环的变形过程进行了受力分析,得出轴向力F是导致导电环变形的主要原因。采用有限元分析方法分别对内外导电环的接触过程和单个导电环受轴向力F时的变形状态进行了数值模拟。模拟结果分析表明,将内外导电环过盈配合时的过盈量控制在0.024 mm以下,结合面锥度控制在1:5以上时,导电环在钻杆上卸扣过程中不会产生塑性变形,具有较高的可靠性。     

高压高产气井油管柱特殊螺纹密封动力学研究

针对高产气井中油管柱振动问题建立特殊螺纹接头密封面在动载荷作用下接触应力的力学模型。分析密封面接触应力、密封球面半径、密封面表面摩擦系数对特殊螺纹密封性能的影响。针对油管柱的高频振动,提出特殊螺纹密封面之间将会产生微振磨损,并基于能量耗散模型,分析不同螺纹锥度情况下,振荡载荷对油管柱接头能量耗散的影响。结果表明:公接头密封球面半径越小,接触应力越集中,接触应力也就越大,密封接触宽度也越小;同时,螺纹密封面锥度越小,密封面能量耗散值也越小,而当密封面锥度小于11°时能量耗散几乎与锥度无关;建议在高压高产气井中,应适当减小特殊螺纹密封面锥度,且密封面结构优先采用锥面对锥面密封结构形式,其次采用球面对锥面结构。     

锥度误差对石油8牙圆螺纹套管接头装配扭矩的影响

本文通过分析锥度误差对接头基面的影响，研究了不同锥度条件下，牙上过盈量的分布，利用弹性理论求解了接触压力的分布，进而得到装配扭矩，从理论上揭示了锥度对扭矩的影响规律，为进一步全面分析螺纹几何参数对扭矩的影响奠定了基础     

露天矿钻机钻具接头螺纹接触分析与参数优化

针对露天矿用钻机钻具接头螺纹连接处因接触压力过大引发粘扣、磨损等现象,采用数值模拟方法,以LWD-200B钻机为研究对象,应用有限元软件ANSYS,对5种不同牙型的螺纹建立轴对称接触模型,考虑台肩受力分析并得出在轴向工作载荷条件下螺纹牙的受力分布不均匀及有应力集中的规律,得到台肩受力和螺纹牙受力的关系.对牙型v-0.038R螺纹进行了增大螺距的参数优化.对优化后的螺纹进行数值模拟,并将其应用到现场实践,数值模拟和现场应用结果表明,新的优化方案有效地改善了接头处应力集中与分布不均现象.钻机使用螺纹优化后的钻具,现场的粘扣、磨损等情况明显减轻.     

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。     

油套管特殊螺纹球面对锥面密封性能理论分析

针对油套管特殊螺纹球面对锥面密封结构,基于Hertz接触理论建立了考虑密封面作用扭矩的球面密封接触应力理论模型,研究了球面半径、管体球面弹性模量和密封面作用扭矩对密封面接触宽度和接触应力的影响规律并提出改善球面密封性能的措施,结果表明：随球面半径增加,密封面接触宽度呈抛物线增大,接触应力呈指数减小,且密封面应力分布趋于均匀;随球面弹性模量降低,密封面接触宽度增大,接触应力减小;随密封面作用扭矩增加,密封面接触宽度和接触应力均呈抛物线增大。为提高球面密封性能,建议适当增大球面半径、对球面熔覆合金以降低其弹性模量,同时合理控制密封面作用扭矩,从而增大密封面接触宽度并适当降低密封面接触应力水平。研究结果对优化密封结构、控制上扣扭矩以及提高螺纹密封完整性具有重要理论指导意义。     

Sealing Reliability and Sensitivity Analysis for a Premium Threaded Connection Based on Kriging Model

In order to analyze the sealing performance of a new designed premium threaded connection,this paper studies the sealing reliability and sensitivity of the premium threaded connection at its most dangerous load condition based on Kriging model.The load condition of premium threaded connection in deep well is so complex that the most dangerous load point of premium threaded connection under the typical series loads is studied by finite element analysis(FEA) method firstly.Since the FEA of the premium threaded connection is too time-consuming,Kriging model which is accurate and efficient for multidimensional and highly nonlinear problems is built to calculate the sealing reliability of the premium threaded connection at the most dangerous load point.Finally,the sealing sensitivity analysis of the premium threaded connection is performed by the method of variance-based global sensitivity analysis.The work in this paper could contribute for the analysis and further improvement of the premium threaded connection.     

Tribological Properties of API 10-Round Thread Connection During Make-and-Break Process

Galling is one of the most familiar failure forms for tubing and casing connections. It has been regarded as a key problem by metallurgy and petroleum systems all over the world. The theory of tribology and contact mechanics was used to analyze the contact force, plastic strain, and other parameters of API 10-round tubing connections in the process of makeup and breakout using the nonlinear finite element method. The stress states of the tubing thread connections were also analyzed for combined makeup and axial tensile loads. The results show that the main factors for tubing thread galling failure with thread grease are the normal contact force of the pin and box and the rigidity of the thread surface. The distribution of the contact force can be improved and the high contact force of the local thread can be reduced by optimizing the geometric parameters of the thread or using a small or varied pitch. The thread surface rigidity can be increased by improving the thread surface machining quality and by heat treatment. The chance of tubing thread galling failure can be reduced by designing hydraulic pressure tongs to avoid high speed and high torque makeup and by standardizing the operations of oilfield makeup and breakout.     

油井管特殊螺纹力学损伤与控制研究进展

油井管螺纹失效是目前油气田开采作业中常见且难以治理的事故之一,这一情况不仅制约开采进度,更是威胁井下安全的主要因素之一。普通螺纹存在密封性能差、承载能力低、抗腐蚀能力弱等问题。本文主要从疲劳失效、密封失效、腐蚀失效3个方面不同角度阐述了油井管特殊螺纹接头力学性能的研究进展以及控制方法。在介绍了油井管特殊螺纹接头发展历史进程的基础上进一步阐述目前油井管特殊螺纹接头的发展情况。指出当下我国油井管特殊螺纹研究所存在的不足。最后,在结合过去研究的前提下,提出油井管特殊螺纹力学性能未来研究的新方向。     

粗糙表面在滑动过程中的摩擦生热研究

为研究粗糙表面在滑动摩擦过程中的热动力学问题,基于G –W（Greenwood –Williamson）模型,建立了一个
含球形微凸体粗糙表面与理想平面的滑动接触模型。使用有限元法对该模型的滑动摩擦过程进行了热机耦合计算,
并研究了相对滑动速度、初始压入量和摩擦因数对粗糙体温升、等效应力和接触应力的影响。结果表明,粗糙体表面
温度变化历程可分为急剧增长和缓慢增长两个阶段;微凸体上出现局部高温区,且其高应力区偏向滑移方向一侧;相
对运动速度越高,温度历程第一个阶段对应的位移量就越大;不同初始压入量下,温度历程第一阶段的持续时间基本
为0.05 ms;粗糙体的最大等效应力和接触应力均随着压入量和摩擦因数的增大而增大。     

特殊螺纹接头油井管的设计和选用

介绍了API螺纹油井管的特点及存在的问题,结合我国在开发、应用特殊螺纹接头油井管过程中取得的经验,从不同的使用服役条件综合分析评述西姆莱斯开发的各种特殊螺纹结构设计与选用要点,并指出存在的问题,探讨进一步的研究开发方向,为有针对性地选好、用好特殊扣油井管产品提供参考.