超高抗扭钻杆接头螺纹研究

发布时间：2017-03-27 19:06

  本文关键词：超高抗扭钻杆接头螺纹研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着超深井、定向井、大位移井等先进的钻井技术得到广泛应用,使得钻井作业中的扭矩载荷显著增大,导致因扭矩过大而出现钻柱失效的事故越来越多。对国内油气田进行的调查统计表明,每年发生数百次因钻柱接头抗扭不足而导致的失效事故,传统钻杆接头螺纹结构难以满足上述井况高抗扭的使用性能要求。因此研究抗扭性能较强的钻杆接头螺纹具有重要意义。本文基于以上情况,主要开展了以下几个方面的工作：(1)针对因螺纹结构形状复杂、微小面多,现有建模方法不能准确表征接头螺纹变形协调关系的现状,建立了带螺纹升角的接头螺纹有限元计算模型,并结合实验数据验证了所建模型计算结果的准确性,该模型可用于分析拉压弯扭及多种载荷复合情况下的力学性能。(2)针对钻杆接头螺纹因扭矩过大而导致失效的情况,提出一种超高抗扭钻杆接头螺纹结构。通过正交优化,对超高抗扭钻杆接头螺纹关键结构参数：锥度、螺距、牙高、牙型角、主台肩倾角和副台肩倾角进行优化,分析得到超高抗扭钻杆接头螺纹各关键结构参数的较优组合方案为：锥度1：20、螺距3.5牙/inch、牙高3.595mm、牙型角20°、主台肩倾角60。、副台肩倾角80。,各参数对抗扭性能影响的主次顺序依次为：牙型角、牙高、锥度、螺距、主台肩倾角、副台肩倾角。并进一步分析该超高抗扭钻杆接头螺纹副台肩处间隙量大小对其力学性能的影响,通过对比分析提出其推荐范围为0.05～O.1mm。(3)通过计算超高抗扭钻杆接头螺纹在扭矩载荷、拉伸载荷、弯曲载荷及压缩载荷作用下的应力场分布情况,对比分析超高抗扭钻杆接头螺纹与API结构和双台肩结构的抗扭性能、抗拉性能、抗弯性能及抗压性能。计算结果表明：该超高抗扭钻杆接头螺纹抗扭性能较API结构提高约50%,较双台肩结构提高约25%。(4)通过对超高抗扭钻杆接头螺纹承载能力进行计算,得到多种复合载荷情况下超高抗扭钻杆接头螺纹的承载极限,为合理使用提供参考依据。
【关键词】：钻杆接头螺纹 抗扭性能 正交优化 承载极限
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE921.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-22
• 1.1 课题背景8-9
• 1.2 减少钻杆接头螺纹抗扭失效的措施9-10
• 1.3 作用在钻柱上的基本载荷10-11
• 1.4 钻柱螺纹失效形式11-16
• 1.4.1 疲劳破坏11-12
• 1.4.2 滑脱失效12
• 1.4.3 螺纹扣失效12-15
• 1.4.4 密封失效15
• 1.4.5 过载断裂15
• 1.4.6 屈曲变形15-16
• 1.5 国内外研究现状16-20
• 1.5.1 国外研究现状16-17
• 1.5.2 国内研究现状17-20
• 1.6 主要研究内容20-22
• 第2章 三维钻杆接头螺纹有限元模型22-29
• 2.1 有限元法的发展、现状22-25
• 2.1.1 有限元法的早期工作22-23
• 2.1.2 有限单元法的发展历程23-25
• 2.2 钻杆接头螺纹有限元模型25-28
• 2.2.1 接头螺纹的单元模型25-26
• 2.2.2 边界条件26
• 2.2.3 材料性能26-28
• 2.2.4 三维螺纹计算模型验证28
• 2.3 本章小结28-29
• 第3章 超高抗扭结构参数优化29-47
• 3.1 超高抗扭钻杆接头螺纹结构29-34
• 3.1.1 结构特点29-33
• 3.1.2 该结构有益效果33-34
• 3.2 螺纹结构参数正交优化34-43
• 3.2.1 正交试验设计35-43
• 3.3 副台肩间隙量影响分析43-46
• 3.4 本章小节46-47
• 第4章 超高抗扭结构力学行为分析47-67
• 4.1 承载性能对比48-66
• 4.1.1 扭矩载荷作用下钻杆接头螺纹力学性能分析49-53
• 4.1.2 拉伸载荷作用下接头螺纹力学特性53-57
• 4.1.3 弯曲载荷作用下接头螺纹力学特性57-61
• 4.1.4 压缩载荷作用下接头螺纹力学特性分析61-66
• 4.2 本章小节66-67
• 第5章 超高抗扭结构承载性能计算67-72
• 5.1 案例分析67-69
• 5.1.1 载荷工况分析67
• 5.1.2 计算结果67-69
• 5.2 复合载荷作用下接头螺纹极限承载计算69-71
• 5.2.1 压缩载荷和扭矩载荷复合69-70
• 5.2.2 弯曲载荷和扭矩载荷复合70-71
• 5.2.3 压缩载荷、弯矩载荷和扭矩载荷复合71
• 5.3 本章小节71-72
• 第6章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 创新点73
• 6.3 展望73-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果79

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