油套管螺纹接头密封结构的设计方法技术

本发明专利技术提供了一种油套管螺纹接头密封结构的设计方法，设计方法包括：步骤1，根据设定的基本参数确定密封面的位置，使密封面的中心到鼻端部位端部的长度与鼻端部位长度的比值在预设范围内；步骤2，根据基本参数确定密封段的密封直径范围；步骤3，根据基本参数确定密封面的倾斜角度；步骤4，根据基本参数和上述步骤得到的参数范围的临界值建立设计模型，并根据设计模型进行有限元分析以获取有限元分析数据；步骤5，判断有限元分析数据是否符合预设标准，若有限元分析数据符合预设标准，则根据设计模型制造油套管螺纹接头。通过本申请提供的技术方案，能够解决现有技术中螺纹接头密封稳定性差的问题。

【技术实现步骤摘要】
油套管螺纹接头密封结构的设计方法
本专利技术涉及油套管
，具体而言，涉及一种油套管螺纹接头密封结构的设计方法。
技术介绍
目前，随着油气田开发环境越来越复杂，对油套管螺纹接头密封性能提出了更严格的要求，即在拉伸、压缩、内压、外压、弯曲等各种复杂恶劣工况及偶然性外部因素下然能保持具有优异的密封稳健性。普通的API油套管螺纹接头已经不能适用这样工况，而特殊螺纹接头设计有专门的密封结构起到密封作用，因此具有优异密封性能的特殊扣螺纹接头得到了本领域的广泛研究。但是目前现有的特殊螺纹接头没有统一的设计方式及优化方法，现有的特殊螺纹接头存在密封稳定性不高的问题，在实际使用中存在失效的可能。
技术实现思路
本专利技术提供一种油套管螺纹接头密封结构的设计方法，以解决现有技术中螺纹接头密封稳定性差的问题。本专利技术提供了一种油套管螺纹接头密封结构的设计方法，油套管螺纹接头具有螺纹段部位和鼻端部位，鼻端部位具有密封段和台肩结构，设计方法包括：步骤1，根据设定的基本参数确定密封面的位置，使密封面的中心到鼻端部位端部的长度与鼻端部位长度的比值在预设范围内；步骤2，根据基本参数确定密封段的密封直径范围；步骤3，根据基本参数确定密封面的倾斜角度；步骤4，根据基本参数和上述步骤得到的参数范围的临界值建立设计模型，并根据设计模型进行有限元分析以获取有限元分析数据；步骤5，判断有限元分析数据是否符合预设标准，若有限元分析数据符合预设标准，则根据设计模型制造油套管螺纹接头；若有限元分析数据不符合预设标准，则重新在步骤2和步骤3得到的参数范围内重新取值，并基于基本参数重新建立设计模型，以重复执行步骤4和步骤5。进一步地，有限元分析数据包括密封面的最大密封接触压力σmax，判断有限元分析数据是否符合预设标准具体包括：判断最大密封接触压力σmax是否满足σs≤σmax≤1.5σs；其中，σs为材料屈服强度。进一步地，有限元分析数据还包括密封面的密封系数Wa，判断有限元分析数据是否符合预设标准还包括：判断密封系数Wa是否满足Wa≥1.2Wac；其中，Wa＝∫Lσ1.2dL，上述公式中，σ为密封接触压力，L为密封接触长度，Pgas为管柱内气压，Patm为大气压力。进一步地，步骤2具体包括：根据公式一获取密封段的密封直径范围；(Ds2-D12)/(D02-D12)≥0.5公式一；其中，D0为管体的外径，D1为管体的内径，Ds为密封段的密封直径。进一步地，步骤3具体包括：根据公式二获取密封面的倾斜角度；tanγ＝(δ+Dt-Ds)/2(Lt-Ls)公式二；其中，δ为设定密封过盈量，Dt为设定鼻端部位的最大直径，Lt为设定的鼻端部位的长度，Ls为密封面中心点到鼻端部位的端部的距离，γ为密封面的倾斜角度。进一步地，油套管螺纹接头包括外螺纹接头和内螺纹接头，外螺纹接头的密封面锥度为1：x，其中3≤x≤8；内螺纹接头的密封面锥度大于外螺纹接头的密封面锥度，以补偿密封面两端变形量的差异，内螺纹接头的密封面锥度为1：(x-c)，其中0.1≤c≤0.4。进一步地，密封面的中心到鼻端部位端部的长度与鼻端部位长度的比值在0至0.4之间。应用本专利技术的技术方案，将密封段设置在鼻端部位的靠近螺纹段部位的一端，如此设置可以提高密封段的密封性能，并且在通过基本参数分别获取密封段的密封直径范围以及密封面的倾斜角度后，建立设计模型并通过有限元分析得到的有限元分析数据进行优化处理，通过优化处理后的数据制造油套管螺纹接头，这样能够提高油套管螺纹接头的结构强度和密封性能稳定性，延长使用寿命，减少油田井下事故发生。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了根据本专利技术实施例提供的油套管螺纹接头设计方法的流程示意图；图2示出了根据本专利技术实施例提供的油套管螺纹接头的鼻端部位挠度分析示意图；图3示出了根据本专利技术实施例提供的油套管螺纹接头的剖视图；图4示出了图3中A处的局部放大图。其中，上述附图包括以下附图标记：100、螺纹段部位；200、鼻端部位。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，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，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1和图3所示，本申请实施例提供了一种油套管螺纹接头密封结构的设计方法，该油套管螺纹接头具有螺纹段部位100和鼻端部位200，鼻端部位200具有密封段和台肩结构，设计方法包括：步骤1，根据设定的基本参数确定密封面的位置，使密封面的中心到鼻端部位200端部的长度与鼻端部位200长度的比值在预设范围内；步骤2，根据基本参数确定密封段的密封直径范围；步骤3，根据基本参数确定密封面的倾斜角度；步骤4，根据基本参数和上述步骤得到的参数范围的临界值建立设计模型，并根据设计模型进行有限元分析以获取有限元分析数据；步骤5，判断有限元分析数据是否符合预设标准，若有限元分析数据符合预设标准，则根据设计模型制造油套管螺纹接头；若有限元分析数据不符合预设标准，则重新在步骤2和步骤3得到的参数范围内重新取值，并基于基本参数重新建立设计模型，以重复执行步骤4和步骤5。其中，将密封段设置在鼻端部位200的靠近螺纹段部位100的一端，这样能够提高密封段的密封性能。在通过基本参数分别获取密封段的密封直径范围以及密封面的倾斜角度后，建立设计模型并通过有限元分析得到的有限元分析数据进行优化处理，通过优化处理后的数据制造油套管螺纹接头，这样能够提高油套管螺纹接头的结构强度和密封性能稳定性，延长使用寿命，减少油田井下事故发生。如图2所示，具体的，螺纹接头在复合工况下，由于密封过盈配合受力会导致公螺纹接头的鼻端部位200产生缩颈，此时鼻端部位200可简化为悬臂梁，螺纹配合部位可以简化为固支部位，由理论力学可知其挠度ω与受力P和距离a3成正比，即ω∝P·a3，转角θ与载荷P和距离a2成正比，即ω∝P·a2，密封位置处的挠度越小则密封性能越好，因此将密封结构设计在远离鼻端部位200的端部，即将密封段设置在鼻端部位200的靠近螺纹段部位100的一端。图2中左端表示螺纹段部位100的末端，P1和P0表示密封面设计在鼻端部位200的不同位置处的受力，a1为受力点P1到固支部位的距离，a0为受力点P0到固支部位的距离，ω(a1)为P1位置的挠度值，ω(a0)为P0位置的挠度值。在本实施例中，该密封面的中心到鼻端部位200端部的长度与所述鼻端部位200长度的比值设置在0至0.4之间。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油套管螺纹接头密封结构的设计方法，其特征在于，所述油套管螺纹接头具有螺纹段部位和鼻端部位，所述鼻端部位具有密封段和台肩结构，所述设计方法包括：/n步骤1，根据设定的基本参数确定密封面的位置，使所述密封面的中心到鼻端部位端部的长度与所述鼻端部位长度的比值在预设范围内；/n步骤2，根据所述基本参数确定所述密封段的密封直径范围；/n步骤3，根据所述基本参数确定所述密封面的倾斜角度；/n步骤4，根据所述基本参数和上述步骤得到的参数范围的临界值建立设计模型，并根据所述设计模型进行有限元分析以获取有限元分析数据；/n步骤5，判断所述有限元分析数据是否符合预设标准，若所述有限元分析数据符合预设标准，则根据所述设计模型制造所述油套管螺纹接头；若所述有限元分析数据不符合预设标准，则重新在步骤2和步骤3得到的参数范围内取值，并基于所述基本参数重新建立设计模型，以重复执行步骤4和步骤5。/n

【技术特征摘要】
1.一种油套管螺纹接头密封结构的设计方法，其特征在于，所述油套管螺纹接头具有螺纹段部位和鼻端部位，所述鼻端部位具有密封段和台肩结构，所述设计方法包括：
步骤1，根据设定的基本参数确定密封面的位置，使所述密封面的中心到鼻端部位端部的长度与所述鼻端部位长度的比值在预设范围内；
步骤2，根据所述基本参数确定所述密封段的密封直径范围；
步骤3，根据所述基本参数确定所述密封面的倾斜角度；
步骤4，根据所述基本参数和上述步骤得到的参数范围的临界值建立设计模型，并根据所述设计模型进行有限元分析以获取有限元分析数据；
步骤5，判断所述有限元分析数据是否符合预设标准，若所述有限元分析数据符合预设标准，则根据所述设计模型制造所述油套管螺纹接头；若所述有限元分析数据不符合预设标准，则重新在步骤2和步骤3得到的参数范围内取值，并基于所述基本参数重新建立设计模型，以重复执行步骤4和步骤5。


2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述有限元分析数据包括所述密封面的最大密封接触压力σmax，判断所述有限元分析数据是否符合预设标准具体包括：
判断最大密封接触压力σmax是否满足σs≤σmax≤1.5σs；
其中，σs为材料屈服强度。


3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述有限元分析数据还包括所述密封面的密封系数Wa，判断所述有限元分析数据是否符合预设标准还包括：
判断密封...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小兵，田研，胡志立，黄电源，吴丹，张垂贵，李建亮，付强，李健，胡新太，冉雪辉，
申请(专利权)人：衡阳华菱钢管有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43