本文在详细阐述国内外关于API圆螺纹油套管接头性能研究现状及发展的基础上,系统地论述了作者对API油套管圆螺纹接头抗失效性能的研究成果.主要研究内容和创新如下:(1)提出油套管粘扣失效影响因素的分析方法和判定准则.在归纳总结了油套管的失效形式,失效原因和油气田采取的相应对策的基础上,建立了油套管失效分析流程框图;通过分析现场油套管失效案例,建立了油套管螺纹接头粘扣失效故障树,确定出粘扣影响因素的判定准则;采用灰色关联分析法对油套管粘扣失效的各种影响因素的关联度进行了定量评价,为确定出影响油套管螺纹粘扣失效的主要因素提供了理论依据.(2)系统地建立了锥管螺纹连接几何参数、接触应力、连接应力和载荷分布的数学模型.采用圆锥螺纹几何学分析方法,建立了空间圆锥螺旋线和API圆螺纹牙圆锥螺旋面的数学模型;应用经典力学和微分理论推导出啮合螺纹牙的载荷分布函数,结果表明啮合螺纹牙的载荷分布呈马鞍型分布,影响这种分布的主要因素是内外螺纹接头截面积之和与螺纹牙柔度;应用弹性理论建立了油套管圆锥螺纹连接在机紧扭矩、内压和轴向拉力作用下的径向接触压力和连接应力的数学模型,推导出油套管螺纹接头的泄漏判据,确定出机紧扭矩作用下外螺纹端部内表面达到屈服时所需机紧圈数的数学表达式.(3)建立了不同几何参数和复合载荷作用下油管、套管螺纹连接的非线性数值模型.以J55API不加厚圆螺纹油管接头和长圆螺纹套管接头作为研究对象,应用API圆螺纹接头的理论分析结果,建立油套管的力学模型、材料物理模型和有限元模型.采用非线性有限元软件Marc对油套管API圆螺纹连接进行数值模拟.(4)提出一种锥管螺纹接头内外螺纹副接触应力场和温度场的动态测试方法,利用该方法得出螺纹粘扣失效的温度判据和失效机理.(5)提出适合于套管钻井的套管疲劳失效控制措施和特殊螺纹接头设计概要.对套管钻井中套管疲劳的影响因素、失效形式、检测方法、疲劳寿命及疲劳失效的控制方法进行了研究,为套管的疲劳设计奠定基础;应用对API圆螺纹接头理论、数值分析及试验所获得的结果,并结合套管钻井技术对套管及其接头的新要求,就开发套管钻井所需的特殊螺纹接头进行研究,提出了此型特殊接头在螺纹牙、扭矩台肩和密封结构方面的详细设计思路.