双台肩钻具接头的极限工作扭矩的确定方法技术

本发明专利技术实施例提供一种双台肩钻具接头的极限工作扭矩的确定方法，该确定方法包括：根据待测量的双台肩钻具接头的结构参数，获取所述双台肩钻具接头的极限工作扭矩计算模型；根据所述极限工作扭矩计算模型，获取所述双台肩钻具接头在预先设置的每个轴向拉力对应的极限工作扭矩，所述轴向拉力为至少一个，且所述轴向拉力与所述极限工作扭矩一一对应，通过根据双台肩钻具接头准确测量和计算获取极限工作扭矩计算模型，可以充分反映出实际的应力分布特征，准确的确定双台肩钻具接头极限工作扭矩，有效减少钻井中的由于钻具接头失效引起的事故。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术实施例涉及石油工程及机械领域，尤其涉及一种双台肩钻具接头的极限工作扭矩的确定方法。
技术介绍
钻具是用于传递动力、输送钻井液的主要工具，特别是在油气田钻井过程中尤为重要，随着深井、超深井、大位移水平井数量的逐年增加，钻具接头，特别是钻杆接头的抗扭性能受到了越来越多的关注，因此钻具失效事故会带来巨大的经济损失。现有技术中，常用的评价钻具的使用性能的方式包括以下两种：第一种方式为根据假设的轴向拉力、弯矩等复杂载荷工况，提供了钻杆接头的抗扭强度计算公式，第二种方式为采用二维轴对称有限元模型对钻具接头的受力进行分析，以评价钻具的使用性能。但是在实际应用中，常常出现工作扭矩尚在标定扭矩极限(实际为零轴向拉力条件下的极限扭矩)内，钻具接头却已发生失效的情况。二维轴对称模型难以评价上扣扭矩、弯矩等复杂工况条件下钻具接头的受力特征，因此也难以反映实际工作环境下的钻具接头的极限工作扭矩，且双台肩钻具接头的结构复杂，包括螺纹牙的螺旋升角、副台肩等，而且承受上扣扭矩、轴向拉力、弯矩和工作扭矩等复杂载荷的作用，其受力行为属于三维弹塑性特征。现有计算公式和现有的二维有限元分析，都不能充分反映出实际的应力分布特征，无法准确的确定双台肩钻具接头极限工作扭矩，导致在钻井过程中出现大量由于钻具接头失效引起的安全事故。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种双台肩钻具接头的极限工作扭矩的确定方法，以解决现有技术中不能充分反映出实际的应力分布特征，无法准确确定双台肩钻具接头极限工作扭矩，从而导致在钻井过程中出现大量由于钻具接头失效引起的安全事故的问题。本专利技术提供一种双台肩钻具接头的极限工作扭矩的确定方法，包括：根据待测量的双台肩钻具接头的结构参数，获取所述双台肩钻具接头的极限工作扭矩计算模型；根据所述极限工作扭矩计算模型，获取所述双台肩钻具接头的预先设置的每个轴向拉力对应的极限工作扭矩，所述轴向拉力为至少一个，且所述轴向拉力与所述极限工作扭矩一一对应。可选的，所述获取所述双台肩钻具接头的预先设置的每个轴向拉力对应的极限工作扭矩之后，所述方法还包括：根据所述极限工作扭矩计算模型，获取双台肩钻具的安全工作区域。可选的，所述根据待测量的双台肩钻具接头的结构参数，获取所述双台肩钻具接头的极限工作扭矩计算模型，包括：获取所述双台肩钻具接头的结构参数；根据所述结构参数建立所述双台肩钻具接头的三维几何模型，并对所述三维几何模型进行有限元网格划分为至少十万个单元；测量获取所述双台肩钻具接头材料的力学性能参数。可选的，所述根据待测量的双台肩钻具接头的结构参数，获取所述双台肩钻具接头的极限工作扭矩计算模型，还包括：根据所述力学性能参数，计算获取所述双台肩钻具接头的单元应力；根据所述单元应力和所述力学性能参数，获取设置的每个轴向拉力对应的极限工作扭矩；根据现有双台肩钻具接头的抗扭强度计算公式，计算获取零轴向拉力对应的极限工作扭矩，并验证根据所述单元应力和所述力学性能参数获取的零轴向拉力对应的极限工作扭矩是否正确；若正确，则根据至少五个所述轴向拉力与所述极限工作扭矩，获取所述双台肩钻具接头的所述极限工作扭矩计算模型。可选的，所述根据所述力学性能参数，计算获取所述双台肩钻具接头的单元应力，包括：根据基于拉格朗日描述的双肩台钻具接头单元控制方程以及格林应变张量的增量公式，获取双肩台钻具接头的有限元控制方程；根据所述力学性能参数，采用所述有限元控制方程获取所述双台肩钻具接头的每个单元的变形；根据每个所述单元的变形以及所述双肩台钻具接头的材料本构关系获取单元应力。可选的，所述双台肩钻具接头的力学性能参数包括所述双台肩钻具接头的弹性模量、泊松比和最大拉伸应变。可选的，所述双肩台钻具接头的有限元控制方程为：ΣcT∫∫V∫BTSdV=ΣcT∫∫ANAFdA;]]>其中，cT为单元节点位移扩阶到该双台肩钻具接头结构系统节点位移的布尔矩阵c的转置矩阵，S为基尔荷夫应力张量，BT为单元应变矩阵B的转置矩阵，NT为单元形函数N的转置矩阵，V为双台肩钻具接头的初始构型的体积；A为双台肩钻具接头的初始构型的表面积。dA双台肩钻具接头的初始构型的单元表面积的微分，dV为双台肩钻具接头的初始构型的单元体积的微分。可选的，所述双台肩钻具接头的所述极限工作扭矩计算模型为：M＝-0.0028*T+44.506T≤3600kN，M＝-8*10-6*T3+0.0938*T2-346.67*T+4272453600kN≤T≤3824.4kN；其中，M表示极限工作扭矩，T表示轴向拉力。可选的，对所述三维几何模型进行有限元网格划分的单元个数为33.35万个；在所述双台肩钻具接头材料性能测试时选取的测试点的个数不小于20个本专利技术提供一种双台肩钻具接头的极限工作扭矩的确定方法，通过根据双台肩钻具接头准确测量获取极限工作扭矩计算模型，然后通过该模型计算出需要知道的轴向拉力对应的极限工作扭矩，用来指导钻井工作，可以充分反映出实际的应力分布特征，准确的确定双台肩钻具接头极限工作扭矩，有效减少钻井中的由于钻具接头失效引起的事故。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术双台肩钻具接头的极限工作扭矩的确定方法实施例一的流程图；图2为本专利技术双台肩钻具接头的极限工作扭矩的确定方法实施例二的流程图；图3为双台肩钻具接头的三维几何模型示意图；图4为双台肩钻具接头三维有限元模型示意图；图5a为轴向拉力为零时的极限工作扭矩施加曲线；图5b为轴向拉力3000kN时的极限工作扭矩施加曲线；图6为轴向拉力与极限工作扭矩施加曲线；图7为轴向拉力与极限工作扭矩的分区示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双台肩钻具接头的极限工作扭矩的确定方法，其特征在于，包括：根据待测量的双台肩钻具接头的结构参数，获取所述双台肩钻具接头的极限工作扭矩计算模型；根据所述极限工作扭矩计算模型，获取所述双台肩钻具接头的预先设置的每个轴向拉力对应的极限工作扭矩，所述轴向拉力为至少一个，且所述轴向拉力与所述极限工作扭矩一一对应。

【技术特征摘要】
1.一种双台肩钻具接头的极限工作扭矩的确定方法，其特征在于，包
括：
根据待测量的双台肩钻具接头的结构参数，获取所述双台肩钻具接头
的极限工作扭矩计算模型；
根据所述极限工作扭矩计算模型，获取所述双台肩钻具接头的预先设
置的每个轴向拉力对应的极限工作扭矩，所述轴向拉力为至少一个，且所
述轴向拉力与所述极限工作扭矩一一对应。
2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述获取所述双台
肩钻具接头的预先设置的每个轴向拉力对应的极限工作扭矩之后，所述方
法还包括：
根据所述极限工作扭矩计算模型，获取双台肩钻具的安全工作区域。
3.根据权利要求2所述的确定方法，其特征在于，所述根据待测量的
双台肩钻具接头的结构参数，获取所述双台肩钻具接头的极限工作扭矩计
算模型，包括：
获取所述双台肩钻具接头的结构参数；
根据所述结构参数建立所述双台肩钻具接头的三维几何模型，并对所
述三维几何模型进行有限元网格划分为至少十万个单元；
测量获取所述双台肩钻具接头材料的力学性能参数。
4.根据权利要求3所述的确定方法，其特征在于，所述根据待测量的
双台肩钻具接头的结构参数，获取所述双台肩钻具接头的极限工作扭矩计
算模型，还包括：
根据所述力学性能参数，计算获取所述双台肩钻具接头的单元应力；
根据所述单元应力和所述力学性能参数，获取设置的每个轴向拉力对
应的极限工作扭矩；
根据现有双台肩钻具接头的抗扭强度计算公式，计算获取零轴向拉力
对应的极限工作扭矩，并验证根据所述单元应力和所述力学性能参数获取
的零轴向拉力对应的极限工作扭矩是否正确；
若正确，则根据至少五个所述轴向拉力与所述极限工作扭矩，获取所
述双台肩钻具接头的所述极限工作扭矩计算模型。
5.根据权利要求4所述的确定方法，其特征在于，所述根据所述力学
性能参数，计算获取所述双台肩...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，狄勤丰，滕学清，陈锋，王春生，王文昌，冯少波，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11