论文部分内容阅读
油管是油气开采过程中不可或缺的专用管材,其接头的连接强度和密封性能直接影响到油气作业的成败。随着石油工业的发展,API螺纹接头由于其结构上的限制无法满足深井、超深井、高温高压油气井的要求,正逐步被连接强度高、气密封性能优异的气密封螺纹接头所替代。所以深入进行综合性能较高的气密扣设计与研究对我国油管安全使用以及提高油管性能具有重要的现实意义。本文首先对油管气密扣的密封机理、承受载荷及失效形式进行了分析,基于经典力学理论建立了气密扣上扣工况力学模型,计算了螺纹因上扣导致的接触应力分布情况。综合利用Hypermesh网格划分软件及ANSYS仿真软件,建立了VAM TOP、NK3SB扣型的三维有限元模型,对其在上扣、拉伸、弯曲载荷工况下的密封及连接性能进行了仿真研究,研究表明:两种扣型台肩与密封面过渡区域有较为严重的应力集中,是气密扣结构最薄弱环节;拉伸工况NK3SB螺纹应力分布更为均匀,弯曲工况VAM TOP螺纹应力波动较小;拉伸及弯曲工况下,NK3SB扣型球面/锥面主密封性能更为优异,VAM TOP反向台肩副密封性能更为优异。针对气密扣台肩与密封面过渡区域应力集中严重的问题,设计了一种带有应力释放槽结构的新型气密扣,仿真研究了气密扣主要结构参数对其性能的影响,为优化气密扣结构参数提供了理论依据,该设计的主要特点有:(1)螺纹设计:螺纹锥度为1:16,螺距为5TPI,导向面角度为10°,承载面角度为0°,齿高为1.575mm,完整螺纹数量为10.7圈,可保证螺纹拉伸强度达到100%管体强度水平。(2)金属密封设计:主密封采用锥面/锥面密封结构,密封面锥角为12°,逆向扭矩台肩角度5°,在扭矩台肩与密封面过渡区域设计有应力释放槽,有利于减轻台肩处应力集中,使应力分布更加均匀,提高气密扣的抗压缩能力及抗应力腐蚀能力。