【摘要】：在油氣藏開(kāi)發(fā)領(lǐng)域,小井眼鉆井技術(shù)作為一項(xiàng)重要的開(kāi)發(fā)手段,不僅為生產(chǎn)井、低滲透井提供了一個(gè)降低成本的重要優(yōu)勢(shì),還為老井、破損井的再次鉆入提供了便利。然而由于小井眼尺寸較常規(guī)井要小,鉆柱機(jī)械性能較差,由井下復(fù)雜工況引發(fā)的鉆柱失效事故日益突出,成為制約油氣開(kāi)采中不可忽視的因素。作為鉆柱中最薄弱的環(huán)節(jié),鉆柱接頭要承受復(fù)雜的外力作用,在鉆進(jìn)過(guò)程中螺紋失效事故時(shí)有發(fā)生。因此,研究鉆柱接頭的力學(xué)特性,提高接頭的承載能力便顯得尤為重要。鉆柱接頭受力復(fù)雜,解析法無(wú)法準(zhǔn)確獲得其應(yīng)力特征;而實(shí)驗(yàn)法周期長(zhǎng)、成本高,復(fù)雜載荷難以加載,可操作性低。目前普遍采用數(shù)值模擬方法,考慮到鉆柱接頭三維模型復(fù)雜、分析效率較低,多數(shù)研究人員采用二維軸對(duì)稱(chēng)模型進(jìn)行分析,導(dǎo)致其難以施加偏執(zhí)載荷,極大降低了螺紋分析的可靠性。針對(duì)上述問(wèn)題,基于鉆柱接頭材料彈塑性本構(gòu)關(guān)系,建立①88.9mm鉆柱接頭三維數(shù)值仿真模型,通過(guò)接頭脹扣實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型的可靠性和仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。深入分析連接螺紋在扭矩、軸向拉力以及彎矩作用下的連接強(qiáng)度和密封性能,模擬實(shí)際工況中載荷的加載順序,計(jì)算載荷作用下的極限工作扭矩。建立二維軸對(duì)稱(chēng)模型、三維軸對(duì)稱(chēng)模型及三維實(shí)體模型,分析網(wǎng)格密度對(duì)計(jì)算效率和計(jì)算精度的影響,對(duì)比不同工況下研究三種模型建模方式相關(guān)性,以及討論其在不同工況中的使用效果。采用二維軸對(duì)稱(chēng)模型,分析軸向拉力作用下,鉆柱接頭結(jié)構(gòu)參數(shù)(螺距、錐度、承載角和導(dǎo)向角)對(duì)螺紋應(yīng)力的影響規(guī)律,并利用正交優(yōu)化方法,在不影響鉆柱接頭抗扭和抗彎性能的前提下,設(shè)計(jì)一種高抗拉鉆柱接頭,對(duì)比設(shè)計(jì)前后的兩種接頭,分析其在不同載荷作用下的力學(xué)特性。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,本研究所建立三維模型滿足數(shù)值模擬要求。合理的緊扣扭矩能提供較高的連接強(qiáng)度和密封性能,過(guò)大的載荷容易導(dǎo)致井口位置和造斜處的連接螺紋出現(xiàn)失效事故。考慮接頭服役過(guò)程中的隨機(jī)擾動(dòng),井口處的接頭在施加工作扭矩時(shí)應(yīng)設(shè)定安全加載區(qū)域,避免螺紋連接失效。二維、三維模型有限元對(duì)比研究發(fā)現(xiàn),三維軸對(duì)稱(chēng)模型可以近似替代三維實(shí)體模型,而二維軸對(duì)稱(chēng)模型在軸向拉力作用下具有較高的精度。通過(guò)鉆柱接頭抗拉正交試驗(yàn),獲得了優(yōu)化參數(shù)組合為:錐度1:10、螺距7牙/inch、承載角20°、導(dǎo)向角14°。與原接頭相比,高抗拉鉆柱接頭在力學(xué)性能方面具有較高的提升。
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TE92
【圖文】：

圖１－２鉆桿組件失效比例圖逡逑鉆桿接頭在中國(guó)發(fā)展較晚，許多先進(jìn)的技術(shù)依賴(lài)進(jìn)口，嚴(yán)重制約了研發(fā)能力和產(chǎn)品逡逑２逡逑

圖１－３螺紋接頭第一圈螺紋牙塑性區(qū)域變形圖逡逑ＴａｆｔｅｓＭ？對(duì)鉆具接頭二維軸對(duì)稱(chēng)模型施加軸向載荷和橫向載荷，分析其在不同載逡逑

圖２－１旋轉(zhuǎn)臺(tái)肩連接示意圖［２８］逡逑ＡＰＩ出了臺(tái)肩螺紋上扭矩的公式，扭矩太時(shí)連接螺紋逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2767450