石油套管接头结构分析及其抗扭机理研究
本文关键词:石油套管接头结构分析及其抗扭机理研究 出处:《华东理工大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:石油套管是石油天然气勘探和开采中的重要设备,合理的上扣扭矩对石油套管接头的连接强度和密封性能有着重要影响,由于工作环境的原因接头受力情况极其复杂,经常发生井下的失效事故,接头的抗扭性能较弱引起的失效较为常见,因此对其抗扭性能研究变得尤为重要。本文在国内外相关理论成果的基础上,通过解析法、有限元法、全尺寸法对石油套管接头的结构特点、密封机理、上扣扭矩进行分析,主要内容和成果包括:1)对API标准推荐的上扣扭矩公式进行解析,为特殊螺纹石油套管接头上扣扭矩的计算提供理论基础;2)根据厚壁圆筒弹性力学理论,推导出了石油套管接头锥形密封面最大过盈量的计算方法;3)利用有限元分析软件Marc建立石油套管接头的二维轴对称模型,以φ177.8 mm特殊螺纹石油套管接头为例研究石油套管接头的密封机理,引入密封强度的概念,分析了锥形密封面、扭矩台肩对接头密封性能的影响,并对密封结构参数进行优化;4)推导出特殊螺纹石油套管接头上扣扭矩的计算方法,并分析了螺纹脂摩擦系数、密封面径向过盈量以及台肩面轴向过盈量对上扣扭矩的影响;5)对φ177.8 mm特殊螺纹石油套管接头进行加工试制,通过全尺寸法确定了特殊螺纹石油套管接头的上扣扭矩范围,同时对石油套管接头在轴向拉伸载荷作用下的密封性能进行试验,验证了该特殊螺纹石油套管接头在极端载荷下的密封性能。本文的研究内容和成果对石油套管接头的实际应用提供有益帮助,利用本文给出的计算方法,可以较好地估算特殊螺纹接头的上扣扭矩,并为石油套管接头的力学行为的研究提供理论支持。
[Abstract]:Oil casing is an important equipment in oil and gas exploration and exploitation. Reasonable up torque has an important effect on the connection strength and sealing performance of oil casing joint. Due to the working environment, the joint force is extremely complex, often occurs downhole failure accidents, joint torsion resistance is weak caused by the failure is more common. Therefore, the study of its torsion resistance becomes particularly important. On the basis of domestic and foreign related theoretical results, this paper analyzes the structural characteristics and sealing mechanism of oil casing joints by analytical method, finite element method and full-size method. The main contents and results include: 1) analyzing the formula of the torque recommended by API standard, which provides the theoretical basis for the calculation of the torque of special threaded oil casing joints. 2) according to the theory of elastic mechanics of thick wall cylinder, the calculation method of maximum interference of tapered sealing surface of oil casing joint is deduced. 3) the two-dimensional axisymmetric model of oil casing joint is established by using finite element analysis software Marc. Taking 蠁 177.8 mm special thread oil casing joint as an example, the sealing mechanism of oil casing joint is studied. The concept of sealing strength is introduced to analyze the influence of tapered sealing face and torque shoulder on the sealing performance of the joint, and the structural parameters of the seal are optimized. 4) the calculation method of upper buckling torque of special threaded oil casing joint is deduced, and the influence of the friction coefficient of thread grease, the radial interference of sealing surface and the axial interference of shoulder surface on the upper buckling torque is analyzed. 5) the manufacture of 蠁 177.8 mm special thread oil casing joint is carried out, and the upper buckling torque range of special thread oil casing joint is determined by full-scale method. At the same time, the sealing performance of oil casing joint under axial tensile load was tested. The sealing performance of the special threaded oil casing joint under extreme load is verified. The research contents and results of this paper provide useful help for the practical application of the oil casing joint, and use the calculation method given in this paper. The torque of special threaded joints can be estimated well, and the theoretical support is provided for the study of mechanical behavior of oil casing joints.
【学位授予单位】:华东理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TE931.2
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,本文编号:1397347
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