套管特殊螺纹接头性能有限元仿真分析

利用全尺寸实物试验和有限元仿真方法,研究Ф244.48 mm×11.99 mm规格HSM-2特殊螺纹P110套管的接头性能。结果显示:有限元计算时,在ISO 13679∶2002标准CAL IV A系试验所有加载点下,HSM-2特殊螺纹接头主密封面均保持较大接触压力和密封长度,密封指数较高;实物试验及有限元计算结果均证明了该接头具有可靠的密封性能和连接强度;有限元计算扭矩与实物试验扭矩能较好地吻合。     

旋转固井用高抗扭气密封套管的研制与应用

介绍了一种旋转固井用特殊螺纹接头(WSP-NF)高抗扭气密封套管的基本结构和设计思想,运用有限元方法,重点论述了该套管接头抗扭设计及密封设计的方法和准则,并通过全尺寸试验进行了验证。计算和试验结果表明:WSP-NF接头具有先进的扭矩台肩和合理的金属/金属密封结构,有效地克服了API螺纹和传统特殊螺纹接头的不足,具有优良的抗扭性能,气密封能力达到了管体内壁屈服压力。该研究结果可以为开发更多适合油气田实际的特殊螺纹接头套管提供参考。     

CBFJ直连型特殊螺纹接头设计分析

介绍直连型特殊螺纹接头CBFJ的结构特点,利用有限元分析的方法,对该接头在服役过程中的典型工况进行分析;重点研究该接头的连接效率以及在复合载荷工况下的密封性能,并介绍其全尺寸试验结果。试验结果表明:CBFJ直连型特殊螺纹接头的连接效率达到管体强度的58%以上,在拉伸、压缩、内外压等复合载荷作用下,接头接触应力虽有显著变化,但保持了较高的密封指数,说明接头仍能保持良好的密封性能。     

G3耐蚀合金油管特殊螺纹接头TP-G2的设计与开发

介绍G3耐蚀合金油管特殊螺纹接头TP-G2的设计开发情况。运用有限元分析结合全尺寸实物试验,建议TP-G2采用负角度偏梯形螺纹设计,且其内螺纹齿高略高于外螺纹,合理的密封面角度和密封过盈量配合,并在接箍中部设计有负角度扭矩台肩,对内外螺纹采用镀铜或喷砂处理,以保证接头具有良好的抗螺纹黏结能力,以及在复合载荷下具有优异的气密封能力。生产应用实践表明:设计开发的特殊螺纹接头TP-G2具有良好的抗螺纹黏结性能、密封性能,和较大的抗弯曲能力及较高的抗压缩能力,使用可靠。     

Φ139.7 mm×12.7 mm CB125HC高抗挤套管抗外挤性能研究

利用实物试验和有限元模拟研究了几何参数对高抗挤套管抗挤性能的影响。检测10支同批次Φ139.7 mm×12.7 mm CB125HC套管的外径、壁厚等几何参数,利用立式挤毁试验系统进行挤毁试验,得到套管抗挤强度值。对检测的几何参数和挤毁结果进行分析,研究壁厚不均度、椭圆度等对套管抗挤能力的影响。利用实测数据建立有限元模型,计算各个样品的抗挤强度值并与API计算值和实测值进行比较。结果表明:高抗挤套管的抗挤强度远大于API计算值,说明API公式不适用于高抗挤套管,有限元结果与试验结果相近,用有限元方法可快速预测高抗挤套管的抗挤能力。     

反应堆压力容器回火焊道再制螺纹的强度校核和试验验证

以某堆型反应堆压力容器主螺孔(M155×4)为研究对象,对反应堆压力容器主螺孔螺纹回火焊道焊接修复工艺进行了简述.对采用回火焊道焊接技术修复后的主螺孔再制螺纹强度进行了校核,并对主螺孔回火焊道再制螺纹进行了旋拧试验和拉伸试验验证.计算及试验结果表明:反应堆压力容器主螺孔回火焊道再制螺纹的抗剪切强度、抗挤压强度和抗弯曲强度均满足设计要求,主螺孔回火焊道再制螺纹的强度也满足其旋拧性能和拉伸性能要求.     

铜基纳米复合减磨涂料在P110S套管上的应用研究

采用HT-100型球盘式摩擦磨损试验机,检测铜基纳米复合减磨涂料在P110S套管上的摩擦性能;将该涂料涂覆于P110S套管磷化接箍表面,并进行全尺寸上卸扣试验。试验结果表明:铜基纳米复合减磨涂料可在P110S套管表面形成有效保护磷化层,并极大地降低试样表面的摩擦因数;复合纳米抗螺纹黏结涂层可有效防止螺纹表面发生黏结,抗螺纹黏结性能好;与接箍镀铜相比,铜基纳米复合减磨涂层具有良好的附着力,强度高、导热性好、操作方便、成本低、实用价值良好。     

Φ114.3 mm×8.56 mm 140V套管抗外挤能力研究

针对石油套管抗外挤能力计算这一热点问题,选取10支Φ114.3 mm×8.56 mm 140V套管进行几何尺寸和机械性能检测,并通过挤毁试验得到其抗挤强度;在考虑几何缺陷和实际力学性能的情况下,建立计算套管抗挤强度的有限元模型,对比模拟结果、理论计算结果及试验结果表明：模拟结果与试验结果相近,偏差-0.77%～+7.0%,而理论计算结果误差较大,偏差23.84%～37.56%。该有限元模型还可用来分析壁厚不均度和椭圆度对该规格套管抗挤强度的影响。     

金属板件压接数值模拟及模具设计

以有限元分析软件ANSYS为平台,基于弹塑性有限元理论建立压接模具和板件的有限元模型,对金属板件压接过程中的应力场和应变场进行计算。通过模拟结果与试验结果的比较,证实了采用ANSYS数值模拟对压接模具进行优化设计的可行性,同时研究了影响连接强度的模具设计参数。     

API长圆螺纹在水平井工况中的适用性试验研究

针对水平井下套管作业遇阻处理时,套管管柱将承受"上提下放"的轴向拉压载荷情况,以Φ139.70mm×10.54 mm规格N80钢级API长圆螺纹套管为研究对象,通过有限元数值模拟和全尺寸实物模拟试验,评价API长圆螺纹在水平井工况中的适用性。研究表明,该螺纹类型用于水平井时,在承受较大反复拉压载荷后存在泄漏风险。     

石油管材连接螺纹的无污染零排放表面处理研究

以纳米铜为主要抗磨剂制备成的铜基复合纳米减摩涂料,应用于经过喷砂前处理的NC38钻杆和K55及L80油套管螺纹表面,通过摩擦磨损试验以及全尺寸上卸扣试验研究其减摩和抗螺纹黏结性能。试验结果表明:铜基复合纳米减摩涂料固化后可在螺纹喷砂层上形成一层附着力较强的铜质金属薄层,能够极大地降低金属接触面的摩擦因数,从而有效地消除石油专用管材螺纹连接处黏结现象的发生;该石油专用管材螺纹连接用铜基复合纳米减摩涂料专利技术可替代目前的镀铜以及高温磷化等处理方式,更好地满足当前和未来严格的环保要求,属于创新型无污染接箍螺纹表面处理技术。     

TP-NF/E特殊间隙接箍接头的开发

针对页岩气井的井身结构特点及其对特殊螺纹的使用需求,研制开发了一种TP-NF/E特殊间隙接箍接头。介绍了Φ139.7 mm×10.54 mm规格P110 TP-NF/E特殊螺纹接头的开发情况;运用有限元分析和ISO13679∶2002 CAL II实物性能试验,评价了TP-NF/E特殊螺纹接头的抗螺纹黏结性能、密封完整性、结构完整性等。分析认为:该特殊螺纹采用勾型螺纹连接、锥-锥金属密封面、止扭矩台肩的形式设计,具有良好的抗螺纹黏结和密封性能、较大的抗弯曲能力、较高的抗压缩能力,达到了产品设计要求     

油管抗内压强度及爆破失效机理研究

利用水压试验机对油管进行爆破试验,检测在爆破过程中油管外壁的应变变化。运用弹塑性力学理论建立模拟油管爆破过程的有限元模型,得到油管外壁应变随内压变化的曲线,并与试验值对比,从而探索油管爆破的失效机理。结果表明,油管爆破过程中,壁厚较薄处首先产生较大的应变进而造成油管在此处爆裂。利用有限元法进一步分析发现,与管体椭圆度相比,壁厚不均度对油管抗内压强度影响较为显著。将有限元模拟与应变测试结合起来以提高有限元模拟的精度,对研究油管爆破失效机理、预测油管抗内压强度具有一定的参考价值。     

API圆螺纹油管接头上扣与拉伸过程的有限元应力分析

抗滑脱和抗粘扣是衡量 API圆螺纹油管使用性能的两个重要指标。满足 API标准的圆螺纹油管在使用过程中仍然存在粘扣甚至滑脱等事故。通过对 API圆螺纹油管上扣与拉伸过程的有限元应力分析,探讨了影响螺纹接头抗滑脱强度和抗粘扣性能的主要因素,并提出了相应的改进措施。     

基于局部应变法的焊接微区低周疲劳性能

针对忽略焊接力学不均匀性的名义应变法评价焊接接头低周疲劳性能不准确的问题,提出一种考虑焊接接头力学不均匀性、基于弹塑性有限元计算的局部应变法,对焊接接头的低周疲劳性能进行准确评价.通过耐热钢电弧焊接头光滑试样和焊缝光滑试样的低周疲劳试验,以及焊接接头光滑试样在加载过程中的弹塑性有限元计算,采用名义应变法和局部应变法分别对耐热钢电弧焊接头光滑试样进行低周疲劳性能评价.结果表明,耐热钢电弧焊接头在低周疲劳载荷下断裂于焊缝区域.采用名义应变法评价该焊接接头时,结果偏保守.由于局部应变法考虑了焊接接头的力学不均匀性,基于断裂微区的局部应变进行疲劳性能评价,发现采用局部应变法得到的焊接接头应变—寿命曲线与断裂微区焊缝的应变—寿命曲线一致.     

底孔直径对1100铝合金内螺纹冷挤压过程的影响

冷挤压成形内螺纹具有加工效率高、成本低、牙形流线分布合理、螺纹强度高等特点。底孔直径是冷挤压内螺纹加工过程中的关键工艺参数。研究了工件底孔直径对1100铝合金冷挤压内螺纹性能的影响,利用DEFORM-3D有限元软件模拟1100铝合金M12×1.25 mm螺纹孔冷挤压过程,通过分析不同底孔直径的等效应力应变、扭矩及牙高率的变化,探索最佳底孔直径,并进行实验验证。结果表明:在内螺纹冷挤压数值模拟过程中,等效应力与等效应变变化趋势一致,发生在挤压丝锥与铝合金挤压摩擦的工作区域,说明挤压丝锥的结构也是影响内螺纹冷挤压变形的因素。随着底孔直径的增大,加工过程中的扭矩及牙高率都呈降低的趋势,扭矩及牙高率的有限元模拟结果与实际测量结果吻合较好,验证了有限元模拟的正确性与可靠性。综合考虑成形过程的影响,最佳底孔直径为11.45 mm。     

薄壁GH3536尾喷管组焊变形控制工艺优化仿真

基于SYSWELD仿真平台,利用热-弹-塑性有限元法和固有应变法进行仿真优化,研究焊接工艺对薄壁GH3536尾喷管组件焊接变形的影响。首先进行平板对接工艺试验和热-弹-塑性有限元仿真计算,对焊接热源模型进行校核,获得不同焊接工艺下典型接头的平均固有应变和修正的材料热膨胀系数。建立全尺寸三维尾喷管组件的焊接有限元模型,基于固有应变理论的弹性有限元方法,利用平板对接获得的材料热膨胀系数,计算焊接工艺参数与焊接约束对尾喷管组件焊接变形的影响。结果表明,焊接电流为40A时,薄壁GH3536平板对接焊接头固有应变值最小为0.00660mm,此时尾喷管焊后变形也最小,为推荐使用的最优焊接工艺。在焊缝、进气口和排气口同时进行夹持,尾喷管焊后变形最小,整体变形1.39mm。     

基于静态模型和应变率模型的特殊螺纹接头有限元分析

利用ABAQUS软件,分析L80钢级HSM-2特殊螺纹接头静态模型和应变率模型对上扣扭矩、应力应变及密封接触压力的影响,并与实测结果进行对比。对比分析结果表明:采用静态模型计算时,其屈服扭矩结果严重偏小,并出现特殊螺纹接头过早到达屈服扭矩的假象,等效塑性应变结果偏大;采用应变率模型计算的屈服扭矩结果比较符合实际,材料屈服强度得到提高;静态模型和应变率模型对密封性能的计算结果基本一致。     

燕尾形超高抗扭特殊螺纹接头研究

对比了传统的API圆螺纹和偏梯形螺纹的优缺点，设计了一种新型的“倒梯形的楔子”式的燕尾形螺纹齿型以及一种经济型的超高抗扭特殊螺纹接头。详细介绍了该接头的设计、加工、检验过程，并采用有限元分析程序计算了接头上扣过程中螺纹的应力和应变。分析结果表明：该接头上扣到位后，螺纹所有侧面完全啮合，并且具有很高的接触应力，使接头在复杂的环境载荷下能始终保证螺纹间配合的稳定性。     

铜基纳米复合减摩涂料在抗腐蚀油套管螺纹接头上的应用

将高度浓缩纳米铜悬浮液与聚四氟乙烯颗粒按适当比例混合,并以特种聚丙烯酸树脂为主要黏结剂,制备出铜基纳米复合减摩涂料。将该复合减摩涂料用于N80S、P110S、TP95TS三种材质的抗腐蚀油套管接头,并在工厂进行标准全尺寸上卸扣试验。试验结果表明:卸扣后螺纹表面未出现任何明显的螺纹黏结划伤;接箍表面经该减摩涂料处理可有效提高其螺纹接头的抗黏结性能,使其达到与镀铜相当的良好效果。