【摘要】：在油氣藏開發(fā)領(lǐng)域,小井眼鉆井技術(shù)作為一項重要的開發(fā)手段,不僅為生產(chǎn)井、低滲透井提供了一個降低成本的重要優(yōu)勢,還為老井、破損井的再次鉆入提供了便利。然而由于小井眼尺寸較常規(guī)井要小,鉆柱機械性能較差,由井下復(fù)雜工況引發(fā)的鉆柱失效事故日益突出,成為制約油氣開采中不可忽視的因素。作為鉆柱中最薄弱的環(huán)節(jié),鉆柱接頭要承受復(fù)雜的外力作用,在鉆進(jìn)過程中螺紋失效事故時有發(fā)生。因此,研究鉆柱接頭的力學(xué)特性,提高接頭的承載能力便顯得尤為重要。鉆柱接頭受力復(fù)雜,解析法無法準(zhǔn)確獲得其應(yīng)力特征;而實驗法周期長、成本高,復(fù)雜載荷難以加載,可操作性低。目前普遍采用數(shù)值模擬方法,考慮到鉆柱接頭三維模型復(fù)雜、分析效率較低,多數(shù)研究人員采用二維軸對稱模型進(jìn)行分析,導(dǎo)致其難以施加偏執(zhí)載荷,極大降低了螺紋分析的可靠性。針對上述問題,基于鉆柱接頭材料彈塑性本構(gòu)關(guān)系,建立①88.9mm鉆柱接頭三維數(shù)值仿真模型,通過接頭脹扣實驗驗證模型的可靠性和仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。深入分析連接螺紋在扭矩、軸向拉力以及彎矩作用下的連接強度和密封性能,模擬實際工況中載荷的加載順序,計算載荷作用下的極限工作扭矩。建立二維軸對稱模型、三維軸對稱模型及三維實體模型,分析網(wǎng)格密度對計算效率和計算精度的影響,對比不同工況下研究三種模型建模方式相關(guān)性,以及討論其在不同工況中的使用效果。采用二維軸對稱模型,分析軸向拉力作用下,鉆柱接頭結(jié)構(gòu)參數(shù)(螺距、錐度、承載角和導(dǎo)向角)對螺紋應(yīng)力的影響規(guī)律,并利用正交優(yōu)化方法,在不影響鉆柱接頭抗扭和抗彎性能的前提下,設(shè)計一種高抗拉鉆柱接頭,對比設(shè)計前后的兩種接頭,分析其在不同載荷作用下的力學(xué)特性。經(jīng)實驗驗證,本研究所建立三維模型滿足數(shù)值模擬要求。合理的緊扣扭矩能提供較高的連接強度和密封性能,過大的載荷容易導(dǎo)致井口位置和造斜處的連接螺紋出現(xiàn)失效事故�？紤]接頭服役過程中的隨機擾動,井口處的接頭在施加工作扭矩時應(yīng)設(shè)定安全加載區(qū)域,避免螺紋連接失效。二維、三維模型有限元對比研究發(fā)現(xiàn),三維軸對稱模型可以近似替代三維實體模型,而二維軸對稱模型在軸向拉力作用下具有較高的精度。通過鉆柱接頭抗拉正交試驗,獲得了優(yōu)化參數(shù)組合為:錐度1:10、螺距7牙/inch、承載角20°、導(dǎo)向角14°。與原接頭相比,高抗拉鉆柱接頭在力學(xué)性能方面具有較高的提升。
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE92
【圖文】：

圖１－２鉆桿組件失效比例圖逡逑鉆桿接頭在中國發(fā)展較晚，許多先進(jìn)的技術(shù)依賴進(jìn)口，嚴(yán)重制約了研發(fā)能力和產(chǎn)品逡逑２逡逑

圖１－３螺紋接頭第一圈螺紋牙塑性區(qū)域變形圖逡逑ＴａｆｔｅｓＭ？對鉆具接頭二維軸對稱模型施加軸向載荷和橫向載荷，分析其在不同載逡逑

圖２－１旋轉(zhuǎn)臺肩連接示意圖［２８］逡逑ＡＰＩ出了臺肩螺紋上扭矩的公式，扭矩太時連接螺紋逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 何競飛;萬闖建;楊鳴;潘祺;;螺栓聯(lián)接在偏心載荷下螺紋載荷分布規(guī)律研究[J];機械科學(xué)與技術(shù);2015年08期

2 李連進(jìn);彭羽;李牧;;石油套管特殊螺紋接頭密封結(jié)構(gòu)設(shè)計方法[J];潤滑與密封;2015年04期

3 崔國杰;張曉誠;劉軍波;謝榮斌;;小井眼開窗側(cè)鉆水平井技術(shù)在秦皇島32-6油田的應(yīng)用[J];中國海上油氣;2015年02期

4 王崴;徐浩;馬躍;劉海平;;振動工況下螺栓連接自松弛機理研究[J];振動與沖擊;2014年22期

5 許紅林;施太和;張智;;油套管特殊螺紋接頭上扣扭矩理論分析[J];西南石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2014年05期

6 王海淵;孫希波;邵立新;許三鵬;李曉靜;李振聲;;淺析“扭矩+轉(zhuǎn)角”緊固法在連桿螺栓緊固過程中的應(yīng)用[J];內(nèi)燃機;2013年02期

7 祝效華;董亮亮;童華;高原;龐然;;拉彎復(fù)合載荷作用下的API短圓套管螺紋力學(xué)行為[J];石油學(xué)報;2013年01期

8 陳鋒;狄勤豐;王文昌;王明杰;袁鵬斌;;雙臺肩鉆桿絲扣粘扣失效的力學(xué)機制探究[J];應(yīng)用力學(xué)學(xué)報;2012年06期

9 狄勤豐;陳鋒;王文昌;王明杰;趙域棟;袁鵬斌;周永其;;雙臺肩鉆桿接頭三維力學(xué)分析[J];石油學(xué)報;2012年05期

10 繆宏;左敦穩(wěn);張瑞宏;王珉;;Q460高強度鋼內(nèi)螺紋冷擠壓試驗研究[J];機械工程學(xué)報;2011年13期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 董亮亮;抗彎鉆桿接頭螺紋及彎曲疲勞行為研究[D];西南石油大學(xué);2015年

2 陳鋒;復(fù)雜載荷條件下鉆具接頭三維應(yīng)力特征分析[D];上海大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 吳翔實;石油套管接頭結(jié)構(gòu)分析及其抗扭機理研究[D];華東理工大學(xué);2017年

2 王宏君;小井眼鉆具連接螺紋力學(xué)性能分析研究[D];西南石油大學(xué);2016年

3 赫連長林;超高抗扭鉆桿接頭螺紋研究[D];西南石油大學(xué);2015年

4 任輝;API石油鉆桿接頭應(yīng)力分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)研究[D];華東理工大學(xué);2011年

5 黃占盈;小井眼鉆井水力參數(shù)設(shè)計[D];中國石油大學(xué);2007年

6 劉建群;旋轉(zhuǎn)臺肩連接螺紋軸向載荷分析與計算[D];吉林大學(xué);2005年

本文編號：2767450