【摘要】：油管與接箍的螺紋聯(lián)接部分是保證油管正常工作的關鍵紐帶。基于彈塑性力學理論,利用ABAQUS有限元軟件建立了N80油管接箍的軸對稱模型,對油管接箍的上扣過程進行了數(shù)值模擬,并結合實際工況分析了不同井深條件下油管接箍螺紋的應力狀況,得到了油管與接箍螺紋的失效特征。結果表明:上扣過程中油管和接箍螺紋的Mises應力呈兩端高中間低的形式分布,過盈上扣3圈時接箍兩端的螺紋已經進入塑性狀態(tài);實際工況下,油管螺紋的Mises應力隨著井深的增加呈下降趨勢,井口處油管兩端的螺紋已經超過屈服強度,而接箍螺紋的Mises應力隨著井深的增加而增大,3 000 m井深時接箍兩端的螺紋均已進入塑性狀態(tài),易發(fā)生粘扣而導致密封失效。
【圖文】：

?114．3mm，壁厚為6．88mm。N80管材屈服強度695MPa，抗拉強度760MPa。模型采用局部建模的方式，并使用軸對稱模型，忽略螺旋升角對模型結果的影響［11］。參考實際工程中常見螺紋脂，油管與螺紋之間摩擦系數(shù)［12］取0．02。油管接箍選用4節(jié)點軸對稱減縮積分單元CAX4Ｒ，為保證結果的計算精度，每個齒面采用378個單元劃分。同時，根據螺紋距離接箍自由端面的距離，對接觸的螺紋齒依次進行編號。通過在油管上端施加軸向力來模擬軸向載荷，在油管內壁施加壓力來模擬內壓作用，在接箍下端施加對稱位移邊界條件，如圖1所示。圖1有限元模型示意Fig．1Sketchofthefiniteelementmodel2油管與接箍上扣過程分析實際工程中，保證油管接箍處螺紋接頭不發(fā)生泄漏需要滿足2個條件:密封面接觸壓力大于內壓;VonMi-ses等效應力小于材料的屈服應力σs，不產生塑性變形而引發(fā)粘扣［13］。油管與接箍在上扣過程中主要受到過盈接觸產生的壓力，API規(guī)定油管與接箍的過盈上扣范圍為1～3圈［14］，建立有限元模型模擬不同過盈圈數(shù)時油管與接箍的上扣過程，不同上扣圈數(shù)時油管與接箍的應力云圖如圖2所示。圖2不同上扣圈數(shù)時的Mises應力Fig．2VonMisesstressnephogramatdifferenttightencycle圖3給出了油管螺紋處的Mises應力分布。由圖可見，油管螺紋導向面和承載面的Mises應力呈現(xiàn)兩端高中間低的“馬鞍形”分布。當過盈上扣1圈時，1號油管螺紋應力最大，其余油管螺紋的應力分布較均勻。隨著過盈圈數(shù)的增加，油管螺紋的Mises應力逐漸增加，位于兩端的螺紋處的應力增加最快，中間位置的螺紋應力分布較均勻，并且螺紋承載面的應力普遍大于螺紋導向面，，過盈上扣3圈時油管螺紋的應力均未達到屈服強第5期中國安全生產科學技術·57·

，在接箍下端施加對稱位移邊界條件，如圖1所示。圖1有限元模型示意Fig．1Sketchofthefiniteelementmodel2油管與接箍上扣過程分析實際工程中，保證油管接箍處螺紋接頭不發(fā)生泄漏需要滿足2個條件:密封面接觸壓力大于內壓;VonMi-ses等效應力小于材料的屈服應力σs，不產生塑性變形而引發(fā)粘扣［13］。油管與接箍在上扣過程中主要受到過盈接觸產生的壓力，API規(guī)定油管與接箍的過盈上扣范圍為1～3圈［14］，建立有限元模型模擬不同過盈圈數(shù)時油管與接箍的上扣過程，不同上扣圈數(shù)時油管與接箍的應力云圖如圖2所示。圖2不同上扣圈數(shù)時的Mises應力Fig．2VonMisesstressnephogramatdifferenttightencycle圖3給出了油管螺紋處的Mises應力分布。由圖可見，油管螺紋導向面和承載面的Mises應力呈現(xiàn)兩端高中間低的“馬鞍形”分布。當過盈上扣1圈時，1號油管螺紋應力最大，其余油管螺紋的應力分布較均勻。隨著過盈圈數(shù)的增加，油管螺紋的Mises應力逐漸增加，位于兩端的螺紋處的應力增加最快，中間位置的螺紋應力分布較均勻，并且螺紋承載面的應力普遍大于螺紋導向面，過盈上扣3圈時油管螺紋的應力均未達到屈服強第5期中國安全生產科學技術·57·
【作者單位】： 中國石油大學(北京)機械與儲運工程學院;中國石化西北油田分公司塔河采油三廠;
【基金】：國家重點研發(fā)計劃課題(2016YFC0802105)
【分類號】：TE931.2

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本文編號：2537532