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1、54宝钢技术2000年第6期宝钢特殊螺纹油管的设计分析王治国刘玉文(宝钢钢管分公司)摘要在分析特殊螺纹油管使用性能需求、专利技术和机床加工能力的基础上,以计算机数字仿真技术为手段,预测特殊螺纹油管的使用性能和可加工性能,反复优化特殊螺纹接头的结构设计,最后在计算机上完成新产品宝钢BGT-1特殊螺纹油管的设计,而不再需要象过去那样“设计———试加工———性能试验———若不满足要求再修改设计方案”的过程,降低了新产品开发成本,也缩短了开发周期。关键词特殊螺纹数字仿真有限元DesignAnalysisofBaost
2、eelPremiumConnectionofDrillPipeWangZhiguoLiuYuwen(BaosteelSteelTubeBranch)ABSTRACTBasedontheanalysisoftheserviceperformanceofpremiumconnection,patenttech2nologyandmachiningabilityofdrillpipe,andthroughthepredictionofperformance,machiningabilityandrepeatedop
3、timizationofstructuredesignbycomputernumericalsimulation,thedesignofthencwproduct2premiumconnectionBGT1iscompleted.Comparedwiththeoldmethod,i.e.design2trialmachin2ing2performancetesting2designmodification(ifnecessary),thenewmethodcanlowerthedevelopmentcosta
4、ndshortenthedevelopmentperiod.KeyWordsPremiumconnectionNumericalsimulationfiniteelement1引言在特殊螺纹的研究开发中,主要采用小试样石油工业尤其是钻采技术的进步推动了特殊模拟试验、全尺寸评价试验和有限元与试验应力螺纹油套管的研究和开发。随着深井、超深井、高分析等技术,并在以下几方面取得突破性进展:压油气井、稠油热采井、重腐蚀井、定向井等的开(1)密封技术,通过弹性及金属密封结构的设计,采,对油套管提出了越来越苛刻的技术要求。
5、API使接头气密封抗力达到管体内屈服压力;(2)高连圆螺纹和偏梯形螺纹接头在气密封性、连接强度接强度,通过丝扣设计,大大改善了接头的应力分和耐腐蚀性方面都不能够满足开采环境条件恶劣布,接箍式连接的接头其连接强度达到或超过管的油气井的需求,迫使人们去研究开发性能更加体强度,基本解决了滑脱问题;(3)抗磨损和防粘可靠的特殊螺纹接头。结技术,通过材料的选择和表面处理工艺的改进,特殊螺纹油套管的研究和开发,国外从20世基本解决了螺纹粘结问题,套管三次上卸扣,油管纪40年代后期起步,60年代投入使用,80年代大十次上卸
6、扣不发生粘结;(4)耐腐蚀性,通过优化量应用,目前申请专利的约有一百多种扣型,并且结构,使接头应力分布更趋合理,同时开发出一些每年还有一些新的扣型问世。耐酸气腐蚀的钢材(如9Cr、13Cr等)应用于钢管生产,使接头的耐腐蚀性大大提高;(5)上扣可靠王治国博士1966年生1993年毕业于大连理工大学现从性提高,主要通过台肩结构的设计,使上扣操作更事计算力学专业电话26645445邮编201900加容易进行;(6)整体式接头的设计,满足了一些王治国等宝钢特殊螺纹油管的设计分析55小间隙固井、修井和二次开采技术的应
7、用;(7)抗影响加工成本和现场操作。从理论上讲,密封过高温蠕变及变形,研制出一些接头能够满足盈量和加工公差的确定主要依据以下两个关系:350℃高温注汽井的热循环开采需要。密封面应力状态小于材料屈服强度,而密封接触压力大于管体内屈服压力。2特殊螺纹设计概要虽然从理论计算分析,密封面应力状态在弹特殊螺纹接头在气密封、连接强度、抗粘扣、性范围内,但试验分析和有限元应力分析结果表耐应力腐蚀、抗热冲击等方面的使用性能都优于明,仅机紧上扣后,有的接头密封面的应力状态已API螺纹接头,这主要是由于特殊螺纹接头在结经超过材料
8、屈服强度。构设计上与API螺纹有着根本的不同,除了连接上扣完整性要求套管接头和油管接头至少分螺纹外增加了密封结构和扭矩台肩。别能承受3次和10次重复上卸扣试验而无任何211螺纹设计损坏,这要求接头抗磨损和耐粘结性要好。通常由于增加了密封结构,螺纹不再起主要密封接头表面经过一些特殊处理,如磷化、镀铜、喷砂作用,设计时普遍采用连接效率高的偏梯形螺纹,与镀铜相结合等方法。但在形状方面做了适当变化,如螺纹采
