刘永刚 尹成先 丁宇奇

(1. 中国石油集团石油管工程技术研究院 2.石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室3.东北石油大学机械科学与工程学院)

0 引 言

钻具在使用过程中会承受拉伸、弯曲和扭转等复合载荷，这些复合载荷极易引发钻具失效[1-2]。螺纹连接部位是钻具的薄弱环节，螺纹质量的好坏直接影响钻具能否安全运行，因此需要对螺纹接头进行受力分析[3]。国内外已有不少学者对螺纹在工作中的受力状态和密封性能开展了研究。李再均等[4]采用二维有限元模型对螺纹接头受力进行分析，认为钻具采用双台肩技术可有效减少失效事故的发生，这使得双台肩技术得到广泛应用。张林等[5]采用二维有限元模型分析了外载荷作用下双台肩接头螺纹的应力、应变分布及变化规律，确定了螺纹接头部分的公差尺寸范围。但是，其二维模型无法有效模拟上扣扭矩和弯矩作用下的螺纹接头应力特征，因此有必要进行螺纹接头三维力学分析[6-7]。A.R. SHAHANI等[8]通过建立螺纹三维有限元模型，并施加拉伸和压缩载荷来分析螺纹的接触应力分布情况，计算结果显示拉压载荷会对螺纹接触应力产生较大影响。庞东晓等[9]通过建立三维弯曲井眼钻柱有限元模型，给出钻柱与井壁接触碰撞的定解条件，对钻柱螺纹的应力分布情况开展了研究。刘巨保和丁宇奇等[10-11]建立了钻具连接螺纹的轴对称和三维空间有限元模型，分析了给定上扣扭矩作用下钻具外螺纹和内螺纹的应力变化，研究了钻具螺纹在轴向动载荷、弯矩和扭矩作用下的疲劳寿命。……