随着石油开采技术不断发展,高温井(底部温度高于150℃),高压井(底部压力大于70MPa或井口封闭压力大于35MPa)和深井(大于5000 m)被广泛开发。井下管柱的使用环境日益恶化,频频发生的油管接头失效事故,对接头的密封性能和连接性能提出了更严格的要求。油管接头在工作时的受力较为复杂,是典型的非线性问题。国内外学者在对油管接头进行研究时大多数采用二维轴对称模型,少数采用三维力学模型,并且针对具有复杂结构接头的三维力学特性研究及分析较少。针对以上问题,为了保证油管接头在井下作业过程中的安全性可靠性,本文设计了一种具有两级主密封与台肩辅助密封结构的特殊螺纹油管接头,属于三级金属密封形式;并采用有限元软件分析了接头在不同上扣扭矩下接头连接强度与密封性能,使用最佳扭矩拧紧后研究了接头在不同轴向拉伸、压缩、外压、内压、弯曲等工况作用下温度载荷对其力学性能的影响。研究的具体内容和取得的成果如下:(1)基于国内外油管特殊螺纹的密封机理、连接理论、有限元法和试验法的研究现状,分析了油管接头研究领域存在的问题,并提出了研究思路和主要内容。(2)设计了一种具有两级主密封与台肩辅助密封结构的特殊螺纹油管接头,考虑接头力学性能受螺纹升角的影响,基于非线性力学与Mises屈服准则的相关理论,建立了接头的三维计算模型。(3)分析了接头在不同扭矩上扣后的受力状态;考虑接头应力受温度变化的作用,研究了温度对其力学性能的影响。结果表明:接头采用3种扭矩上扣后,台肩、柱面及锥面密封处均出现了显著的应力集中现象,最大Mises应力出现在最大上扣扭矩作用时;使用最小扭矩拧紧时,台肩的密封性较差;温度对各螺纹牙最大Mises应力与台肩、柱面及锥面密封面的接触应力影响较小;随着温度增加,台肩的应力先增加后降低,而柱面及锥面的应力逐渐减小。(4)分析了拉伸,压缩,内压,外压,弯曲载荷作用下接头的受力状态;研究了拉伸,压缩,内压,外压,弯曲载荷作用下温度载荷对接头连接强度和密封性能的影响规律。结果表明:温度变化对接头的连接强度影响极小,对密封性能的影响较大。随着温度的增加,温度变化在220℃～320℃时对接头应力特性影响较大。(5)分析了在拉伸+内压+弯曲与压缩+内压+弯曲2种复合载荷作用下接头的连接强度和密封性能;结果表明:两种复合载荷下螺纹最后2牙应力集中且Mises应力大于材料的屈服极限,但整段螺纹段连接可靠;在拉伸+内压+弯曲复合载荷下,台肩拉伸端容易发生密封失效事故;在压缩+内压+弯曲复合载荷下,台肩与柱面应力值较高。(6)研究了在两种复合载荷作用下温度对接头的连接强度和密封性能的影响。接头在2种复合载荷作用下,密封结构的接触应力对温度变化的敏感程度,从大到小的顺序是:锥面>台肩>柱面。随着温度载荷的增加,温度变化在20℃～120℃时对接头应力特性影响较大。