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API标准钻铤螺纹因具有上卸速度快、承载能力强、密封性高的优点,被各油田广泛采用。随着深井、超深井、高压油气井、重腐蚀井、定向井等的开采,API标准钻铤螺纹在气密封性和可靠性方面都不能够满足开采环境条件恶劣的油气井的需求,由螺纹连接失效引起的钻铤失效事故频繁发生,相应地对钻铤螺纹的技术要求越来越苛刻,迫使人们去研究开发工作特性更加可靠的特殊螺纹钻铤。
本文从分析影响钻铤螺纹工作特性的主要因素入手,重点研究了钻铤螺纹设计结构变化对螺纹工作性能的影响。以接触非线性有限元理论为基础,对钻铤连接螺纹进行细致的理论分析。采用有限元ANSYS软件,建立了常用API钻铤螺纹的非线性有限元分析力学模型,计算得出钻铤螺纹的应力场分布情况:在此基础上,对钻铤螺纹的结构参数进行了改进设计,并对改进设计的双台肩钻铤螺纹与API标准螺纹,在五种不同的载荷工况下进行分析比较,结果表明双台肩钻铤螺纹可明显降低螺纹根部的应力集中水平,螺纹的连接强度、密封性和可靠性得到了显著提高。通过有限元分析软件,对改进的双台肩螺纹进行了双台肩螺纹内台肩间隙的最优设计。另外,本文针对现场钻铤使用中存在的一些问题,总结了改善钻铤螺纹工作特性的其它技术措施,为今后现场应用提供理论指导。