摘要
井下复杂载荷的作用下，特殊螺纹接头在井下使用过程中，往往会发生密封失效和螺纹连接失效等事故，进而引发安全事故，降低油气开采效率。因此，因此本文以某Φ88.9mm×6.45mmP110特殊螺纹接头为例，研究交变载荷作用下特殊螺纹接头的密封性能与能量耗散问题，为特殊螺纹接头设计和使用提供参考依据。 首先对特殊螺纹接头的密封结构和密封原理做出介绍，基于厚壁圆筒理论建立特殊螺纹接头上扣扭矩理论模型，分析接头上扣扭矩理论的组成部分;其次分析了两种密封结构的特殊螺纹接头分别在单载和复合载荷作用下，接头各部分接触压力和等效应力的受力变化规律;以锥面对锥面密封结构接头为例，建立密封面能量耗散模型，研究密封面处不同锥度、不同摩擦系数和不同位移幅值等交变载荷对接头能量耗散的影响规律;最后对BGT-2扣型接头进行上扣、卸扣试验，在接箍处、距接箍5cm处和10cm处粘贴应变片提取位移测试点的应力数据，进一步验证了有限元模型的正确性和有效性。 结果表明:最佳上扣扭矩值的大小是为最合适的上扣扭矩数值，这样很好的避免了局部应力过大导致接头发生塑性变形的情况。针对锥面对锥面密封结构的特殊螺纹接头，在复合载荷的作用下，随着轴向压力的增加，接触压力主要集中在管体密封面前半部分，这发挥了主密封的作用，台肩处接触压力整体变化不大，在密封面与台肩位置过渡区域内接触压力有小范围下降趋势，台肩起到了辅助密封作用;增大密封面锥度明显具有加强接头密封性能的作用，锥度1/8到1/16是为推荐的锥度范围值。针对球面对锥面密封结构的特殊螺纹接头，随着轴向压力的增加，接头台肩处接触压力减小而在靠近密封面处接触压力反而增大，螺纹后半部分受力增大，出现小范围内的应力集中现象，这符合螺纹的受力特点;增大球面半径，可提高接头密封性能。当施加交变位移幅值载荷时，锥度的改变对接头密封面处的能量损耗值不显著，密封面处力-位移迟滞环的面积相差不大;随着位移幅值增大，密封面接触长度和接触压力增加，可显著提高密封性能。当继续增加位移幅值时，密封面产生的能量损耗值增大，此时接头密封性降低;当密封面处摩擦系数增大时，密封面处力-位移迟滞环面积增大。随着摩擦系数的继续增大，迟滞环面积增加不显著，此时接头密封性降低。本文基于特殊螺纹接头上扣扭矩做有限元分析，研究内容为特殊螺纹接头密封性和能量耗散问题提供了理论依据和实际指导作用。
NETL