取心钻具用于钻探获取地表以下的土壤或者岩心,广泛应用于油气资源勘探开发、工程勘察、以及环境监测取样中。取心钻具在整个钻杆柱中属于结构复杂,价格昂贵,也是容易损坏的一部分,通过锥管螺纹连接,螺纹部分受到内外压力、轴向载荷、扭矩、弯矩等多种载荷交替、叠加作用极易发生断裂、变形,导致连接失效,整个取心钻具也无法继续使用,需要提钻更换管件,造成大量经济损失。取心钻具需要承担携带和包裹岩心的任务或者提供取心的通道,所以壁厚要比普通钻杆小的多,薄壁特征更为明显,其连接的螺纹部分相应的也会更薄,但它却承受着同等的载荷,如果这里仍然使用常规的钻杆螺纹,则必将承担随时发生危险事故的风险,因此需要单独针对取心钻具的螺纹进行研究。本文借助有限元软件ANSYS分析了不同载荷下接头螺纹处的应力分布情况,结果表明:钻杆接头螺纹在载荷作用下,呈现两端高中间低的应力分布规律,靠近载荷施加端的接头螺纹外圈应力值最高,这是由于端部发生变形吸收能量,致使螺纹连接中段不易发生变形;远离载荷施加端的外圈螺纹应力值有所升高,且随载荷提高而升幅越大,这是由螺纹的螺旋面随载荷提高而过盈造成。根据这一规律提出了降低接头前3圈螺纹牙高度的优化方案,结果显示:该方案使接头螺纹上应力集中系数降低了14%。对锥管螺纹结构参数进行了正交分析,包括螺纹的牙高、牙型角,以及锥螺纹的锥度,研究表明:螺纹锥度越小,螺纹上应力集中系数越小;15°螺纹的应力集中系数最小。通过实验验证,实验结果与仿真结果保持一致,15°牙型角螺纹具备最高的轴向载荷承载能力,但是螺纹气密性较30°螺纹有所降低,增大螺纹牙高到2.44mm有利于提高螺纹轴向载荷承载能力,但是效果低于15°螺纹,同时螺纹整体气密性也有降低。本文通过对薄壁取心钻具接头螺纹仿真与实验相结合的研究,为日后设计各种不同需求的钻杆接头螺纹提供了参考依据,对增强取心钻具接头螺纹的强度、提高钻速和降低取样成本都具有重要意义。