一种双台肩钻杆接头副台肩间隙确定方法技术

本发明专利技术提供一种双台肩钻杆接头副台肩间隙确定方法。本方法根据实测尺寸数据建立双台肩钻杆接头三维几何模型，并基于分块网格划分方法对其进行网格划分，建立双台肩钻杆接头三维弹塑性有限元计算模型。在此基础之上，基于三维弹塑性有限元分析得到具有不同副台肩间隙的双台肩钻杆接头在不同轴向力作用下的三维受力特征，根据超深井钻井作业中钻柱各段所处深度特征，优选确定最适合该井段轴向力特征的双台肩钻杆接头副台肩间隙。本发明专利技术可以确定双台肩钻杆接头的最佳副台肩间隙以适应不同井深作业要求，其对提高双台肩钻杆接头的使用性能、延长双台肩钻杆接头的使用寿命、降低作业成本具有十分重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种双台肩钻杆接头副台肩间隙确定方法
本专利技术涉及油田钻井
，特别是提供一种双台肩钻杆接头副台肩间隙确定方法。
技术介绍
随着油气井钻采作业向更大井深、更苛刻服役工况的方向发展以及石油钻采工艺自身的技术进步，常用的API标准钻杆接头已难以满足油气田进一步开发的要求，所以国内外各大钻杆生产厂商相继开发了具有更高抗扭性能的双台肩钻杆接头。由于双台肩钻杆接头较好地解决了API标准钻杆接头抗扭性能不足、应力集中严重等问题，其应用范围不断扩大。浅层资源的不断减少使得油气勘探开发的深度日益增加。面对深井、超深井和特深井越来越苛刻的钻井作业环境，现场作业过程中双台肩钻杆接头失效事故仍时有发生，给油田造成巨大经济损失。钻柱承受的轴向力随着井深的增加不断增大，限制了双台肩钻杆接头性能的进一步发挥。副台肩间隙对双台肩钻杆接头在使用中的连接强度和密封性能有重要影响，但是针对不同井深、不同轴向力条件下双台肩钻杆接头副台肩间隙的确定方法并未见报道。本专利技术提供一种双台肩钻杆接头副台肩间隙确定方法，基于具有不同副台肩间隙的双台肩钻杆接头在不同轴向力条件下的三维受力特征，确定双台肩钻杆接头最佳副台肩间隙，以适应不同轴向力、不同井深要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种双台肩钻杆接头副台肩间隙确定方法，其对提高双台肩钻杆接头的使用性能、延长双台肩钻杆接头的使用寿命、降低作业成本具有十分重要的意义。为了达到上述目的，本专利技术的构思是：本专利技术基于副台肩间隙对不同井深不同轴向力条件下双台肩钻杆接头力学特性的影响规律，根据超深井钻井作业中钻柱各段所处深度特征，优选确定最适合该井段轴向力特征的双台肩钻杆接头副台肩间隙。采用三维弹塑性有限元分析方法能有效地模拟具有不同副台肩间隙的双台肩钻杆接头在不同轴向力条件下的三维受力特征，从而根据不同井深不同轴向力要求确定最佳副台肩间隙。根据上述专利技术构思，本专利技术采用下述技术方案：一种双台肩钻杆接头副台肩间隙确定方法，根据复杂载荷作用下双台肩钻杆接头三维应力应变特征，确定不同井深不同轴向力条件下双台肩钻杆接头的最佳副台肩间隙，具体步骤如下：具体步骤如下：1)利用专用工具测量双台肩钻杆接头的几何参数，包括接头外径、内径、螺纹牙参数、母扣镗孔、公扣鼻端、台肩参数；2)利用材料性能测试装备测试接头材料的名义应力-名义应变关系曲线，测定材料失效时的塑性应变；3)基于双台肩钻杆接头几何参数特征，建立双台肩钻杆接头三维几何模型；4)基于分块网格划分方法，对双台肩钻杆接头进行数学离散，建立包含螺纹牙螺旋升角、主台肩和副台肩结构的钻杆接头三维弹塑性有限元模型；5)建立双台肩钻杆接头公扣和母扣啮合面之间的接触关系、主台肩啮合面和副台肩啮合面之间的接触关系，包括法向接触关系和切向接触关系；定义材料属性、边界条件、载荷工况，所述载荷工况包括上扣扭矩、轴向拉伸、弯矩、工作扭矩等外载荷单独作用或联合作用；6)分析双台肩钻杆接头的vonMises应力分布云图，考察其峰值及应力分布状态对接头连接性能的影响；分析台肩啮合面的接触压力分布云图，考察接触压力分布状态对接头连接强度和密封性能的影响；7)重复步骤3)、4)、5)、6)，分别具有不同副台肩间隙的双台肩钻杆接头有限元模型，分析副台肩间隙对双台肩钻杆接头三维受力特征的影响；8)基于弹塑性有限元分析得到不同轴向拉力条件下副台肩间隙对双台肩钻杆接头极限工作扭矩的影响，根据极限工作扭矩最大原则确定“最佳副台肩间隙A”；同时，根据副台肩啮合面接触力分布特征及vonMises应力峰值特征，基于副台肩处最大vonMises应力低于材料屈服强度60％准则，确定“最佳副台肩间隙B”；综合“最佳副台肩间隙A”和“最佳副台肩间隙B”确定双台肩钻杆接头的最佳副台肩间隙，以适应不同井深不同轴向力的要求。作为本专利技术优选的技术方案，本专利技术双台肩钻杆接头副台肩间隙确定方法，根据具有不同副台肩间隙特征的双台肩钻杆接头在上扣扭矩、轴向拉力、弯矩、工作扭矩外载荷综合作用下的应力特征，基于三维弹塑性有限元计算确定该型双台肩钻杆接头适合特定作业井深的最佳副台肩间隙，以适应不同轴向力、不同井深的要求，对提高双台肩钻杆接头的使用性能、延长双台肩钻杆接头的使用寿命、降低作业成本具有十分重要的意义。作为本专利技术优选的技术方案，所述的双台肩钻杆接头为任何一种目前使用的双台肩钻杆接头。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤2)中，利用材料性能测试装备测定接头材料的名义应力-名义应变关系曲线和材料失效时的塑性应变，并通过换算得到材料的真实应力-塑性应变关系曲线。本专利技术与现有技术相比较，具有以下突出实质性特点和显著的技术进步：本专利技术副台肩间隙根据不同轴向力条件下钻杆接头的连接性能和密封性能进行确定，所述连接性能由接头极限工作扭矩大小、vonMises应力分布规律表示；所述密封性能由接触压力表示；本专利技术提供一种双台肩钻杆接头副台肩间隙确定方法，其特征在于采用三维弹塑性有限元分析方法确定不同井深不同轴向力的条件下双台肩钻杆接头的最佳副台肩间隙。相比目前同一规格型号的双台肩钻杆接头只有一种副台肩间隙的做法，能更好地发挥双台肩钻杆接头的力学性能，以满足钻杆接头在不同井深的作业要求。附图说明图1是双台肩钻杆接头副台肩间隙确定方法的流程图。图2是双台肩钻杆接头三维几何模型示意图。图3是双台肩钻杆接头三维有限元模型示意图。图4是不同工况下双台肩钻杆接头的极限工作扭矩。图5是不同工况下双台肩钻杆接头副台肩处最大vonMises应力。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。参见图1，一种双台肩钻杆接头副台肩间隙确定方法，根据具有不同副台肩间隙特征的双台肩钻杆接头在上扣扭矩、轴向拉力、弯矩、工作扭矩外载荷综合作用下的应力特征，基于三维弹塑性有限元计算确定该型双台肩钻杆接头适合特定作业井深的最佳副台肩间隙，包括如下步骤：1)利用专用工具测量双台肩钻杆接头的几何参数，包括接头外径、内径、螺纹牙参数、母扣镗孔、公扣鼻端、台肩参数；2)利用材料性能测试装备测定接头材料的名义应力-名义应变关系曲线和材料失效时的塑性应变，并通过换算得到材料的真实应力-塑性应变关系曲线；3)基于双台肩钻杆接头几何参数特征，建立双台肩钻杆接头三维几何模型，如图2所示；4)基于分块网格划分方法，对双台肩钻杆接头进行数学离散，建立包含螺纹牙螺旋升角、主台肩和副台肩结构的钻杆接头三维弹塑性有限元模型，如图3所示；5)建立双台肩钻杆接头公扣母扣螺纹啮合面之间的接触关系、主台肩啮合面和副台肩啮合面之间的接触关系，包括法向接触关系和切向接触关系；定义材料属性、边界条件、载荷工况，所述载荷工况包括上扣扭矩、轴向拉伸、弯矩、工作扭矩等外载荷单独作用或联合作用；随后利用非线性有限元分析软件进行计算；6)分析双台肩钻杆接头的vonMises应力分布云图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双台肩钻杆接头副台肩间隙确定方法，其特征在于，根据复杂载荷作用下双台肩钻杆接头三维应力应变特征，确定不同井深不同轴向力条件下双台肩钻杆接头的最佳副台肩间隙，具体步骤如下：/n1)利用专用工具测量双台肩钻杆接头的几何参数，包括接头外径、内径、螺纹牙参数、母扣镗孔、公扣鼻端和台肩参数；/n2)利用材料性能测试装备测试接头材料的名义应力-名义应变关系曲线，测定材料失效时的塑性应变；/n3)基于双台肩钻杆接头几何参数特征，建立双台肩钻杆接头三维几何模型；/n4)基于分块网格划分方法，对双台肩钻杆接头进行数学离散，建立包含螺纹牙螺旋升角、主台肩和副台肩结构的钻杆接头三维弹塑性有限元模型；/n5)建立双台肩钻杆接头公扣和母扣啮合面之间的接触关系、主台肩啮合面和副台肩啮合面之间的接触关系，包括法向接触关系和切向接触关系；定义材料属性、边界条件和载荷工况，所述载荷工况包括上扣扭矩、轴向拉伸、弯矩和工作扭矩的外载荷单独作用或联合作用；/n6)分析双台肩钻杆接头的von Mises应力分布云图，考察其峰值及应力分布状态对接头连接性能的影响；分析台肩啮合面的接触压力分布云图，考察接触压力分布状态对接头连接强度和密封性能的影响；/n7)重复步骤3)、4)、5)、6)，分别具有不同副台肩间隙的双台肩钻杆接头有限元模型，分析副台肩间隙对双台肩钻杆接头三维受力特征的影响；/n8)基于弹塑性有限元分析得到不同轴向拉力条件下副台肩间隙对双台肩钻杆接头极限工作扭矩的影响，根据极限工作扭矩最大原则确定“最佳副台肩间隙A”；同时，根据副台肩啮合面接触力分布特征及von Mises应力峰值特征，基于副台肩处最大von Mises应力低于材料屈服强度60％准则，确定“最佳副台肩间隙B”；综合“最佳副台肩间隙A”和“最佳副台肩间隙B”确定双台肩钻杆接头的最佳副台肩间隙，以适应不同井深不同轴向力要求。/n...

【技术特征摘要】
1.一种双台肩钻杆接头副台肩间隙确定方法，其特征在于，根据复杂载荷作用下双台肩钻杆接头三维应力应变特征，确定不同井深不同轴向力条件下双台肩钻杆接头的最佳副台肩间隙，具体步骤如下：
1)利用专用工具测量双台肩钻杆接头的几何参数，包括接头外径、内径、螺纹牙参数、母扣镗孔、公扣鼻端和台肩参数；
2)利用材料性能测试装备测试接头材料的名义应力-名义应变关系曲线，测定材料失效时的塑性应变；
3)基于双台肩钻杆接头几何参数特征，建立双台肩钻杆接头三维几何模型；
4)基于分块网格划分方法，对双台肩钻杆接头进行数学离散，建立包含螺纹牙螺旋升角、主台肩和副台肩结构的钻杆接头三维弹塑性有限元模型；
5)建立双台肩钻杆接头公扣和母扣啮合面之间的接触关系、主台肩啮合面和副台肩啮合面之间的接触关系，包括法向接触关系和切向接触关系；定义材料属性、边界条件和载荷工况，所述载荷工况包括上扣扭矩、轴向拉伸、弯矩和工作扭矩的外载荷单独作用或联合作用；
6)分析双台肩钻杆接头的vonMises应力分布云图，考察其峰值及应力分布状态对接头连接性能的影响；分析台肩啮合面的接触压力分布云图，考察接触压力分布状态对接头连接强度和密封性能的影响；
7)重复步骤3)、4)、5)、6)，分别具有不同副台肩间隙的双台肩钻杆接头有限元模型，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锋，狄勤丰，王文昌，朱巍，靳雨果，周星，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31