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钻杆是开采石油和天然气的重要工具，钻杆通过螺纹接头相连接，形成长达数千米的钻柱。随着陆上油气资源的枯竭，各石油集团将目光更多的投向海上油气资源的开采。然而海洋恶劣的开采环境，对石油钻杆的连接强度和密封性能提出了更高的要求，普通API螺纹接头已不能满足海洋油气开采的要求，开发适合海洋油气资源开采使用的气密封接头迫在眉睫。 本文针对这一问题，采用理论计算、有限元分析、试验研究相结合的方法，对气密封钻杆接头的结构特点、密封机理、抗扭能力计算等进行了深入研究，并重点分析了金属/金属密封面上的受力和变形情况。本文的主要研究内容和成果包括:1）研究了钻杆接头的密封泄漏机理，并引入密封强度的概念，以定量评价气密封接头的密封性能，在此基础上，设计了一种具有自主知识产权的GDS气密封接头;2）通过理论分析，研究了GDS接头在拉伸、压缩、内压及外挤等载荷作用下，台肩面、密封锥面及螺纹的受力情况，并推导出上扣扭矩及单一外载作用下接头的轴向及径向力学平衡方程，最后运用圆锥过盈配合模型与应力应变模型，推导出了GDS气密封接头的上扣扭矩计算公式，为气密封钻杆接头的加工、使用和现场操作提供理论指导;3）建立了钻杆接头的有限元分析模型，利用模型求出了上扣扭矩作用下接头轴向力平衡曲线，对前文推导的解析模型进行了验证，分析了上扣扭矩、拉伸、压缩、内压、外挤及弯曲等载荷对接头密封性能的影响，同时分析了复合载荷及极限载荷作用下接头的密封性能，分析了密封锥面角度、过盈量及材料钢级对接头应力分布及密封性能的影响，并进行了结构优化;4）对设计的GDS气密封接头进行了加工试制，并进行了上扣试验和气密封验证试验，试验结果与前文的理论计算结果和有限元仿真结果是相符合的，试验验证了GDS气密封接头的良好使用性能。 本文的研究内容和成果将为气密封钻杆接头的开发及应用提供有益的帮助，并可以为气密封钻杆力学行为的进一步研究提供有益的理论支撑。