不同工况下套管偏梯形螺纹连接的温度-应力耦合.pdf

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1、石油机械—６８—ＣＨＩＮＡＰＥＴＲＯＬＥＵＭＭＡＣＨＩＮＥＲＹ２０１５年第４３卷第１２期◀油气田开发工程▶∗不同工况下套管偏梯形螺纹连接的温度⁃应力耦合１１２１许定江练章华邓元洲林铁军（１?西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室２?四川川庆石油钻采科技有限公司）摘要：偏梯形螺纹相比圆形螺纹不易产生滑扣，在许多苛刻的井深结构中被广泛采用。结合弹塑性力学以及有限元理论，利用ＡＮＳＹＳ软件建立了偏梯形螺纹接头的有限元模型，对模型进行了不同工况下的温度⁃应力耦合分析，分析了温度载荷对套管螺纹接头应力、接触压力及接头附近位移的影响。分析结果表明，在螺

2、纹接头两端轴向位移受约束的情况下，温度载荷对接触面的Ｍｉｓｅｓ应力和接触压力影响显著，两者均随温度载荷的升高而增大，且在达到较高温度后增大趋势变缓；偏梯形螺纹扣牙过盈接触时，比较不同扣牙的Ｍｉｓｅｓ应力和接触压力，呈现两端大、中间小的趋势，且在轴向受拉和受压工况下，接头附近的位移变化十分明显。关键词：套管；偏梯形螺纹；温度载荷；Ｍｉｓｅｓ应力；接触压力；热应力中图分类号：ＴＥ９２５文献标识码：Ａｄｏｉ：１０?１６０８２／ｊ?ｃｎｋｉ?ｉｓｓｎ?１００１－４５７８?２０１５?１２?０１５ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ⁃ｓｔｒｅｓｓＣｏｕｐ

3、ｌｉｎｇｏｎＣａｓｉｎｇＢｕｔｔｒｅｓｓＴｈｒｅａｄｉｎＤｉｆｆｅｒｅｎｔＷｏｒｋｉｎｇＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓ１１２１ＸｕＤｉｎｇｊｉａｎｇＬｉａｎＺｈａｎｇｈｕａＤｅｎｇＹｕａｎｚｈｏｕＬｉｎＴｉｅｊｕｎ（１?ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｉｌａｎｄＧａｓＲｅｓｅｒｖｏｉｒＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＰｅｔｒｏｌｅｕｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ；２?ＳｉｃｈｕａｎＣｈｕａｎｑｉｎｇＰｅｔｒｏｌｅｕｍＤｒｉｌｌｉｎｇ＆ＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ?，Ｌｔｄ?）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｂｕｔｔｒｅ

4、ｓｓｔｈｒｅａｄｉｓｌｅｓｓｌｉｋｅｌｙｔｏｐｒｏｄｕｃｅｔｈｒｅａｄｓｌｉｐｐｉｎｇｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｒｏｕｎｄｔｈｒｅａｄａｎｄｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｍａｎｙｄｅｍａｎｄｉｎｇｗｅｌｌｂｏｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ?Ｂａｓｅｄｏｎｅｌａｓｔｉｃ⁃ｐｌａｓｔｉｃｍｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｔｈｅｏｒｙ，ａｆｉ⁃ｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｂｕｔｔｒｅｓｓｊｏｉｎｔｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｕｓｉｎｇＡＮＳＹＳｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｃｏｎｄｕｃｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ⁃ｓｔｒｅｓｓｃｏｕｐｌｉｎｇａ⁃ｎａｌｙ

5、ｓｉｓｏｎｔｈｅｍｏｄｅｌｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ?Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｌｏａｄｏｎｔｈｅｃａｓｉｎｇｔｈｒｅａｄｊｏｉｎｔｌｏａｄ，ｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｎｅａｒｂｙｊｏｉｎｔｈａｖｅｂｅｅｎａｎａｌｙｚｅｄ?Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ，ｉｎｔｈｅｃａｓｅｏｆｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄａｘｉａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｔｈｒｅａｄｊｏｉｎｔａｔｂｏｔｈｅｎｄｓ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｌｏａｄｈａｓａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｆ

6、ｆｅｃｔｏｎＭｉｓｅｓｓｔｒｅｓｓａｎｄｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｓｕｒｆａｃｅ?Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｌｏａｄ，ｂｏｔｈｔｈｅＭｉｓｅｓｓｔｒｅｓｓａｎｄｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｅａｎｄｔｈｅｎｓｌｏｗｄｏｗｎａｆｔｅｒｒｅａｃｈａｈｉｇｈｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?Ｗｈｅｎｔｈｅｂｕｔｔｒｅｓｓｔｈｒｅａｄｔｅｅｔｈｅｘｐｅ⁃ｒｉｅｎｃｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｃｏｎｔａｃｔ，ｔｈｅＭｉｓｅｓｓｔｒｅｓｓａｎｄｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｅｍｉｄｄｌｅｔ

7、ｅｅｔｈａｒｅｌａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈｅｔｅｅｔｈｏｎｅｎｄｓ?Ｉｎａｘｉａｌｔｅｎｓｉｏｎａｎｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｎｅａｒｔｈｅｊｏｉｎｔｃｈａｎｇｅｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ?Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｓｉｎｇ；ｂｕｔｔｒｅｓｓｔｈｒｅａｄ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｌｏａｄ；Ｍｉｓｅｓｓｔｒｅｓｓ；ｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓ节。随着复杂结构井和热采井的大量应用，以及储０引言层改造的需要，温度场和应力场会发生改变，特别是稠油热采井的蒸汽温度会达到３００℃以上，这些

8、油气井的生产周期往往由石油套管的服役寿命都会导致套管螺纹接头面临多种不同工况，直接影决定，而套管和接箍间螺纹接头的损坏是造