【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(guān)鍵紐帶。基于彈塑性力學(xué)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(jìn)行了數(shù)值模擬,并結(jié)合實(shí)際工況分析了不同井深條件下油管接箍螺紋的應(yīng)力狀況,得到了油管與接箍螺紋的失效特征。結(jié)果表明:上扣過程中油管和接箍螺紋的Mises應(yīng)力呈兩端高中間低的形式分布,過盈上扣3圈時(shí)接箍兩端的螺紋已經(jīng)進(jìn)入塑性狀態(tài);實(shí)際工況下,油管螺紋的Mises應(yīng)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(jīng)超過屈服強(qiáng)度,而接箍螺紋的Mises應(yīng)力隨著井深的增加而增大,3 000 m井深時(shí)接箍兩端的螺紋均已進(jìn)入塑性狀態(tài),易發(fā)生粘扣而導(dǎo)致密封失效。
【圖文】：

?114．3mm，壁厚為6．88mm。N80管材屈服強(qiáng)度695MPa，抗拉強(qiáng)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(jié)果的影響［11］。參考實(shí)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(diǎn)軸對稱減縮積分單元CAX4Ｒ，為保證結(jié)果的計(jì)算精度，每個(gè)齒面采用378個(gè)單元劃分。同時(shí)，根據(jù)螺紋距離接箍自由端面的距離，對接觸的螺紋齒依次進(jìn)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(nèi)壁施加壓力來模擬內(nèi)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(shí)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(gè)條件:密封面接觸壓力大于內(nèi)壓;VonMi-ses等效應(yīng)力小于材料的屈服應(yīng)力σs，不產(chǎn)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(chǎn)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(shí)油管與接箍的上扣過程，不同上扣圈數(shù)時(shí)油管與接箍的應(yīng)力云圖如圖2所示。圖2不同上扣圈數(shù)時(shí)的Mises應(yīng)力Fig．2VonMisesstressnephogramatdifferenttightencycle圖3給出了油管螺紋處的Mises應(yīng)力分布。由圖可見，油管螺紋導(dǎo)向面和承載面的Mises應(yīng)力呈現(xiàn)兩端高中間低的“馬鞍形”分布。當(dāng)過盈上扣1圈時(shí)，1號油管螺紋應(yīng)力最大，其余油管螺紋的應(yīng)力分布較均勻。隨著過盈圈數(shù)的增加，油管螺紋的Mises應(yīng)力逐漸增加，位于兩端的螺紋處的應(yīng)力增加最快，中間位置的螺紋應(yīng)力分布較均勻，并且螺紋承載面的應(yīng)力普遍大于螺紋導(dǎo)向面，，過盈上扣3圈時(shí)油管螺紋的應(yīng)力均未達(dá)到屈服強(qiáng)第5期中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)·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(shí)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(gè)條件:密封面接觸壓力大于內(nèi)壓;VonMi-ses等效應(yīng)力小于材料的屈服應(yīng)力σs，不產(chǎn)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(chǎn)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(shí)油管與接箍的上扣過程，不同上扣圈數(shù)時(shí)油管與接箍的應(yīng)力云圖如圖2所示。圖2不同上扣圈數(shù)時(shí)的Mises應(yīng)力Fig．2VonMisesstressnephogramatdifferenttightencycle圖3給出了油管螺紋處的Mises應(yīng)力分布。由圖可見，油管螺紋導(dǎo)向面和承載面的Mises應(yīng)力呈現(xiàn)兩端高中間低的“馬鞍形”分布。當(dāng)過盈上扣1圈時(shí)，1號油管螺紋應(yīng)力最大，其余油管螺紋的應(yīng)力分布較均勻。隨著過盈圈數(shù)的增加，油管螺紋的Mises應(yīng)力逐漸增加，位于兩端的螺紋處的應(yīng)力增加最快，中間位置的螺紋應(yīng)力分布較均勻，并且螺紋承載面的應(yīng)力普遍大于螺紋導(dǎo)向面，過盈上扣3圈時(shí)油管螺紋的應(yīng)力均未達(dá)到屈服強(qiáng)第5期中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)·57·
【作者單位】： 中國石油大學(xué)(北京)機(jī)械與儲運(yùn)工程學(xué)院;中國石化西北油田分公司塔河采油三廠;
【基金】：國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題(2016YFC0802105)
【分類號】：TE931.2

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本文編號：2537532