高温气井特殊螺纹油管接头完整性分析及上扣实验研究

摘要

在高温、高压及定向井中，油管柱受到较大的温度载荷、轴向载荷、内外压及弯曲等载荷，其中油管接头是整个油管柱最薄弱的部分。为了避免特殊螺纹接头出现应力集中而导致接头发生密封或连接失效的问题，本文研究了高温气井特殊螺纹油管接头的完整性。
　　针对温度载荷对特殊螺纹油管接头完整性影响的研究，首先，采用弹塑性有限元法，运用 ABAQUS软件建立了特殊螺纹油管接头三维有限元模型。考虑到螺旋升角对反扭矩的影响，采用控制转角的方法模拟接头的上扣过程。其次，考虑温度载荷研究了复杂载荷作用下特殊螺纹油管接头的完整性；同时研究了温度载荷对弯曲段特殊螺纹油管接头完整性的影响；并采用微牙痕液压动力钳对特殊螺纹油管接头进行了上扣实验，分析了三种扭矩下特殊螺纹油管接头的上扣性能。此外，研究了不同扭矩上扣后温度载荷对特殊螺纹油管接头完整性的影响。
　　结果表明：复杂载荷下，随着温度变化特殊螺纹油管接头密封性能良好且未产生塑性变形，温度在50℃～150℃时对接头完整性影响较大；不同温度下弯曲段特殊螺纹油管接头Mises应力及接触压力分布不均匀，接头一边受拉一边受压，压缩端应力集中严重易产生粘扣，拉伸端密封面及台肩接触压力较小，密封性能降低；通过上扣实验验证了三维有限元法模拟特殊螺纹油管接头上扣的正确性；三种扭矩上扣后在不同温度下特殊螺纹油管接头密封面初始端及台肩鼻尖处有较高的接触压力，但密封面靠近鼻尖处及台肩出现了塑性变形，且塑性变形程度随温度升高而增大。通过研究温度载荷对特殊螺纹油管接头完整性的影响，为高温气井特殊螺纹油管接头安全使用提供参考。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要研究内容

1.4 论文创新点

第二章 特殊螺纹油管接头有限元建模研究

2.1 常用特殊螺纹接头结构及特征

2.2 特殊螺纹油管接头应力分析

2.3 三维有限元分析中的非线性问题及处理方法研究

2.4 特殊螺纹油管接头三维有限元建模研究

2.5 本章小结

第三章 复杂载荷下特殊螺纹油管接头完整性分析

3.1 特殊螺纹油管接头三维有限元模型建立

3.2 轴向拉力与内压下不同温度对接头完整性影响分析

3.3 轴向压力与内压下不同温度对接头完整性影响分析

3.4 本章小结

第四章 温度对弯曲段特殊螺纹油管接头完整性影响分析

4.1 弯曲段特殊螺纹油管接头应力分析

4.2 特殊螺纹油管接头有限元模型建立

4.3 温度对弯曲受拉段油管接头完整性影响分析

4.4 温度对弯曲受压段油管接头完整性影响分析

4.5 本章小结

第五章 特殊螺纹油管接头上扣性能分析及实验研究

5.1 特殊螺纹油管接头上扣扭矩计算

5.2 特殊螺纹油管接头上扣过程的有限元研究

5.3 特殊螺纹油管接头上扣过程的实验研究

5.4 不同温度下接头密封面及台肩Mises应力分布研究

5.5 不同温度下接头密封面及台肩接触压力分布研究

5.6 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献

硕士学位期间发表的论文