ZSB螺紋套管結(jié)構(gòu)設(shè)計及其連接性能實驗研究.pdf

1、針對當前特殊石油螺紋套管不能完全滿足現(xiàn)代石油工業(yè)發(fā)展的需要，套管螺紋接頭處的應(yīng)力分布不均勻，易粘扣、斷扣等問題，本論文以ZSB石油螺紋套管(“Z”代表錐螺紋、“S”代表4線螺紋、“B”代表變螺距螺紋連接)為研究對象，開展了其結(jié)構(gòu)設(shè)計、理論分析及計算、三維有限元建模與仿真和結(jié)構(gòu)的半實物物理模型實驗的系統(tǒng)研究。具體研究內(nèi)容如下：
　　(1)ZSB螺紋套管的結(jié)構(gòu)研究與設(shè)計
　　通過大量收集國內(nèi)外石油螺紋套管的相關(guān)資料，系統(tǒng)研究它們

2、的優(yōu)缺點、使用場合、加工制造的難度與成本等問題，在不斷優(yōu)化與改進的基礎(chǔ)上，設(shè)計出ZSB螺紋套管的具體結(jié)構(gòu)，包括接箍與管體的連接結(jié)構(gòu)、螺紋牙型結(jié)構(gòu)、變螺距方案、密封形式、防松結(jié)構(gòu)等，完成了ZSB螺紋套管的二維裝配圖和所有零件圖的設(shè)計。
　　(2)ZSB螺紋套管連接性能的理論計算
　　對ZSB螺紋套管的自鎖性、連接強度、受載變形情況、抗屈服破壞能力等開展基礎(chǔ)技術(shù)研究，建立起相關(guān)的力學模型，完成相關(guān)的理論計算，獲取它們的相關(guān)性能數(shù)

3、據(jù)。并且對變螺距設(shè)計的原理及變螺距量的大小進行了理論分析。
　　(3)ZSB螺紋套管的三維建模與仿真
　　在完成結(jié)構(gòu)設(shè)計、理論計算的基礎(chǔ)上，用Ansys Workbench有限元分析軟件建立起其精確的三維有限元模型并劃分出比較優(yōu)良的網(wǎng)格單元，根據(jù)石油螺紋套管的主要工況，對其三維實體有限元模型進行合理的模擬加載，設(shè)置好接箍與管體間的內(nèi)外牙體的接觸類型，分析比較不同變螺距結(jié)構(gòu)的螺紋套管在相同受載條件下的應(yīng)力場，得出最優(yōu)的變螺距方

4、案。根據(jù)其應(yīng)力分布情況，調(diào)整前期結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算過程中的尺寸參數(shù)，進一步改進套管的結(jié)構(gòu)尺寸。
　　(4)ZSB螺紋套管的半實物物理模型實驗研究
　　對設(shè)計出的ZSB螺紋套管進行半實物物理模型實驗研究，分析該套管在低載荷、滿載荷和過載荷等工況下，螺紋各牙體的變形規(guī)律，間接得出其螺紋連接部位嚙合受載時的應(yīng)力分布規(guī)律，并且在實驗過程中能夠方便的觀察到ZSB螺紋套管失效的原貌圖，及時的分析其失效的原因。本階段需要確定實驗研究的原理和方