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[摘 要]我公司研发了TP-CQ特殊扣螺纹石油套管，此文章以这一螺纹石油套管为例，分析一下这177.8mm的特殊螺纹石油套管上扣特性，如果分析结果满足强度理论，就说明这个尺寸的特殊扣设计符合常理，可以进一步的为企业提供帮助。
[关键词]特殊螺纹;石油套管;有限元
中图分类号：TP851 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）14-0382-01
正文
钻采技术在石油工业有了一定的进步，因为这一技术的进步促进了特殊螺纹石油套管的进步，致使人们对它做更进一步的进行研究。现在时代在不断发展，我们开采的东西也越来越多，比如深井、高压气井、定向井等，这样一来对石油套管的技术问题就越来越受重视，要求也更加高了。在气密封性、连接强度和耐腐蚀这些方面对螺纹的要求都挺高，而API圆螺纹和偏梯形螺纹接头并不能满足这些需求，因为开采油气井的环境条件实在是太不好了，这样就让人们不得不去研究更好的、更能符合要求的特殊螺纹接头。有效的分析工具还是存在的，有限元法就是一种挺好的结构强度分析工具，而且在业界也到了认可，一般也都在使用，在这么多条件下，用有限元法来研究套管，属于一种力学行为，它可以提供一些科学依据，尤其是针对套管设计和安全使用这两方面。
在有效元中有很多种类的问题，石油套管分析是属于非线性接触这一种类，普通情况下都是用专用非线性来分析软件。这篇文章就引用一个实际的例子，某个公司正在研究的特殊螺纹偏梯扣石油套管，以此为例，利用非线性分析法，对177.8这个尺寸的特殊螺纹石油套管的上扣进行分析，分析一下它的特征，然后进行一些计算，分析计算结果，让计算结果符合实際实验的弹性理论。
一、模型
1.1简化和基本假设
套管几何尺寸为177.8mm*9.19mm。其他各种角度、比例等问题不进行一一说明，接箍是一种双头内螺纹，中面是对称的，有限元分析模型被建立时，接箍就沿着轴向道中面。我们在建模时，用的管体长度要大于三倍的管端一直到螺纹消失点的距离，这样做是为了保证计算的准确性。套管结构有一些特点，针对这些特点我们来分析一下，做一些简单的假设：（1）接箍和套管材料是各向同性的;（2）材料在屈服后是各向同性强化的;（3）不考虑小螺纹升角所造成的影响。
1.2边界条件及载荷条件
接箍具有对称性，接箍中面有轴向位移，它的轴向位移为零，在接箍对称中面的所有节点，施加的位移是有约束的，它只能延一个“Y”的方向施加位移约束。有一种模型是滑动库仑摩擦，接触表面间的摩擦采用的就是这种模型，它的摩擦系数为0.2，这种计算问题是一个接触问题。我们每一个计算都是为了得到更加精确的结果，基本单元采用Plane82单元，轴对称模式。
二、分析结果
2.1入扣2.54mm工况
经过我们的实际分析，177.8mm这一型号的特殊螺纹入扣2.54mm的时候，它有一种局部接触，表现出了一种应力，这个应力在油管的连接部位和台肩的接触处表现出来，应力变化明显的区域应该是油管的头部，这是一个高应力区。接箍和管体有一个连接部位，这个连接部位的应力区比较小，如果应力区和有关屈服级下限在一个数值以内，就说明油管和接箍是安全的。如果拉应力出现在接箍螺纹头这个部位，远小于油管屈服极限下限，就说明油管没有出现连在一起的现象。
如果螺纹齿和螺纹齿连接的地方都没有缝隙，那么说明接箍和油管接触的状态还不错。它们主要接触的地方有两个：上部台肩密封的地方和下部油管螺纹消失的地方。油管螺纹连接的尾部会出现一个最大值，接箍连接的头部也有一个最大值，如果高于油管内某个压力，说明它们接触的挺好，密封台肩已经起到了它的密封作用。
2.2入扣5mm工况
以标准手紧位置再上扣5mm以后，就到了标准机紧的位置。177.8mm特殊螺纹入扣5mm的时候是一个标准机紧的位置，这个时候的管体和接箍应力是一个很理想的分布状态。主密封台肩处是应力集中的地方，这个地方也会出现最大应力，和油管屈服极限下限值相比较是远远小于的。螺纹的连接处分布着比较均匀的应力，应力值比较小，这样就保证了安全性，使螺纹的连接安全可靠，避免的粘扣现象。分析应力情况不难看出，这与我们依靠主密封台肩从而使油管密封的设计是相吻合的。
螺纹的连接处不仅有接触应力，主要的接触应力在主密封台肩这个部分，最大接触应力虽然比屈服极限的值高，但是这个地方主要体现的还是压应力，密封情况是安全可靠的。
2.3上扣扭矩计算
当计算结果是上扣2.54mm的时候，利用有限元法可以计算出一个扭矩值，和实验数据差距不是很大;结算结果是上扣5mm的时候，利用有限元法可以计算出一个扭矩值，和实验数据相差的也不大。利用有限元法的计算，得出的数据和实验数据基本都一致，计算出来的数值都会偏小一点，主要原因是因为忽略了小螺纹升角带来的影响，其实因为小螺纹升角的存在，让这个接触反力在沿环的方向有一个小分量，但是在计算的时候并没有考虑它的作用。
结束语
我们对177.8mm特殊扣在上扣2.54mm和5mm上扣的特性进行了分析，经过分析后得出这个设计基本是合乎常理的，它的应力集中区主要是在主台肩密封的地方，而且它的应力值要远远小于许用应力，螺纹连接的安全性有保障，避免了粘扣现象的出现。（2）除了螺纹连接的地方一定会出现接触以外，主台肩密封处也是一个主要的接触区域，而且接触应力的值都比较大，要远大于油管的内压力，这样一来密封性就十分安全。（3）上扣2.54mm的时候，利用有限元法进行计算，计算出的上扣扭矩要比实验数据小;上扣5mm时，利用有限元法进行计算，计算出的扭矩也比实验数据小，而且会小的更多，不过计算出的数据和实验数据基本是一致的。
参考文献
[1]刘健，宋宇坤，李钢.特殊螺纹石油套管上扣特性分析[J].辽宁科技大学学报，2016，32（03）：249-251+255.
[2]吴翔实.石油套管接头结构分析及其抗扭机理研究[D].华东理工大学，2017.
[关键词]特殊螺纹;石油套管;有限元
中图分类号：TP851 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）14-0382-01
正文
钻采技术在石油工业有了一定的进步，因为这一技术的进步促进了特殊螺纹石油套管的进步，致使人们对它做更进一步的进行研究。现在时代在不断发展，我们开采的东西也越来越多，比如深井、高压气井、定向井等，这样一来对石油套管的技术问题就越来越受重视，要求也更加高了。在气密封性、连接强度和耐腐蚀这些方面对螺纹的要求都挺高，而API圆螺纹和偏梯形螺纹接头并不能满足这些需求，因为开采油气井的环境条件实在是太不好了，这样就让人们不得不去研究更好的、更能符合要求的特殊螺纹接头。有效的分析工具还是存在的，有限元法就是一种挺好的结构强度分析工具，而且在业界也到了认可，一般也都在使用，在这么多条件下，用有限元法来研究套管，属于一种力学行为，它可以提供一些科学依据，尤其是针对套管设计和安全使用这两方面。
在有效元中有很多种类的问题，石油套管分析是属于非线性接触这一种类，普通情况下都是用专用非线性来分析软件。这篇文章就引用一个实际的例子，某个公司正在研究的特殊螺纹偏梯扣石油套管，以此为例，利用非线性分析法，对177.8这个尺寸的特殊螺纹石油套管的上扣进行分析，分析一下它的特征，然后进行一些计算，分析计算结果，让计算结果符合实際实验的弹性理论。
一、模型
1.1简化和基本假设
套管几何尺寸为177.8mm*9.19mm。其他各种角度、比例等问题不进行一一说明，接箍是一种双头内螺纹，中面是对称的，有限元分析模型被建立时，接箍就沿着轴向道中面。我们在建模时，用的管体长度要大于三倍的管端一直到螺纹消失点的距离，这样做是为了保证计算的准确性。套管结构有一些特点，针对这些特点我们来分析一下，做一些简单的假设：（1）接箍和套管材料是各向同性的;（2）材料在屈服后是各向同性强化的;（3）不考虑小螺纹升角所造成的影响。
1.2边界条件及载荷条件
接箍具有对称性，接箍中面有轴向位移，它的轴向位移为零，在接箍对称中面的所有节点，施加的位移是有约束的，它只能延一个“Y”的方向施加位移约束。有一种模型是滑动库仑摩擦，接触表面间的摩擦采用的就是这种模型，它的摩擦系数为0.2，这种计算问题是一个接触问题。我们每一个计算都是为了得到更加精确的结果，基本单元采用Plane82单元，轴对称模式。
二、分析结果
2.1入扣2.54mm工况
经过我们的实际分析，177.8mm这一型号的特殊螺纹入扣2.54mm的时候，它有一种局部接触，表现出了一种应力，这个应力在油管的连接部位和台肩的接触处表现出来，应力变化明显的区域应该是油管的头部，这是一个高应力区。接箍和管体有一个连接部位，这个连接部位的应力区比较小，如果应力区和有关屈服级下限在一个数值以内，就说明油管和接箍是安全的。如果拉应力出现在接箍螺纹头这个部位，远小于油管屈服极限下限，就说明油管没有出现连在一起的现象。
如果螺纹齿和螺纹齿连接的地方都没有缝隙，那么说明接箍和油管接触的状态还不错。它们主要接触的地方有两个：上部台肩密封的地方和下部油管螺纹消失的地方。油管螺纹连接的尾部会出现一个最大值，接箍连接的头部也有一个最大值，如果高于油管内某个压力，说明它们接触的挺好，密封台肩已经起到了它的密封作用。
2.2入扣5mm工况
以标准手紧位置再上扣5mm以后，就到了标准机紧的位置。177.8mm特殊螺纹入扣5mm的时候是一个标准机紧的位置，这个时候的管体和接箍应力是一个很理想的分布状态。主密封台肩处是应力集中的地方，这个地方也会出现最大应力，和油管屈服极限下限值相比较是远远小于的。螺纹的连接处分布着比较均匀的应力，应力值比较小，这样就保证了安全性，使螺纹的连接安全可靠，避免的粘扣现象。分析应力情况不难看出，这与我们依靠主密封台肩从而使油管密封的设计是相吻合的。
螺纹的连接处不仅有接触应力，主要的接触应力在主密封台肩这个部分，最大接触应力虽然比屈服极限的值高，但是这个地方主要体现的还是压应力，密封情况是安全可靠的。
2.3上扣扭矩计算
当计算结果是上扣2.54mm的时候，利用有限元法可以计算出一个扭矩值，和实验数据差距不是很大;结算结果是上扣5mm的时候，利用有限元法可以计算出一个扭矩值，和实验数据相差的也不大。利用有限元法的计算，得出的数据和实验数据基本都一致，计算出来的数值都会偏小一点，主要原因是因为忽略了小螺纹升角带来的影响，其实因为小螺纹升角的存在，让这个接触反力在沿环的方向有一个小分量，但是在计算的时候并没有考虑它的作用。
结束语
我们对177.8mm特殊扣在上扣2.54mm和5mm上扣的特性进行了分析，经过分析后得出这个设计基本是合乎常理的，它的应力集中区主要是在主台肩密封的地方，而且它的应力值要远远小于许用应力，螺纹连接的安全性有保障，避免了粘扣现象的出现。（2）除了螺纹连接的地方一定会出现接触以外，主台肩密封处也是一个主要的接触区域，而且接触应力的值都比较大，要远大于油管的内压力，这样一来密封性就十分安全。（3）上扣2.54mm的时候，利用有限元法进行计算，计算出的上扣扭矩要比实验数据小;上扣5mm时，利用有限元法进行计算，计算出的扭矩也比实验数据小，而且会小的更多，不过计算出的数据和实验数据基本是一致的。
参考文献
[1]刘健，宋宇坤，李钢.特殊螺纹石油套管上扣特性分析[J].辽宁科技大学学报，2016，32（03）：249-251+255.
[2]吴翔实.石油套管接头结构分析及其抗扭机理研究[D].华东理工大学，2017.