套管锥螺纹预紧联接结构动力学响应分析

【摘要】：石油套管锥型螺纹接头是石油钻杆的重要连接形式,是钻井过程中将所施加的扭矩传递给井底钻头的关键环节,螺纹接头的预紧及其结构形式影响结构的失效模式及力矩传递效率,所以研究具有重要工程价值。每两根套管之间的连接属于接触力学的范畴,应用接触力学的理论很难获得满意的解析解,工程中主要应用实验确定一个范围,而实验又有很大的局限性。计算力学的发展为解决该类问题提出了较好的研究方法,近二十年来,应用数值计算方法,接触问题的研究取得了长足的发展,在解决一些关键工程接触问题中起了很大的作用。本文应用接触力学与有限元方法,建立不同预紧联接的有限元模型,探索了预紧力度与螺纹接触关系对石油套管结构动力学响应。根据接触力学的理论设定接触面之间的关系,通过有限元计算获得各阶模态及管柱屈曲行为。最后通过某型石油套管结构数值算例,验证了建立的模型的正确性及有效性。数值计算结果表明,由于不同的预紧,对套管工作过程中有一定的影响。确定合适的预紧力,既能满足力矩的高效传递,又能够避免强度失效,同时避免屈曲的产生。数值计算结果说明了本文计算模型的有效性及可靠性。研究对于石油套管螺纹接头的装配使用,强度失效、屈曲失效,结构尺寸、结构形式的优化具有十分重要的意义。