张彩莹，李贤坤，王 川，罗 强，杨 虎，路子正

(1.中油国家油气钻井装备研究中心有限公司，陕西 宝鸡 721002；2.西南石油大学，成都 610500； 3.西南大学，重庆 400715)

石油钻采领域中，因地层压力的不确定性，井口、井控类设备均设计为压力容器，部分特殊工况零部件为高压或超高压压力容器。地层流体中的H2S对于石油钻采设备不仅具有强烈的腐蚀作用，还可能导致设备出现硫化氢应力开裂(SSC)，影响设备安全。在工程应用中，常采用低合金钢表面堆焊耐腐蚀材料的方法来预防H2S对设备安全和寿命的影响[1-3]。

在压力容器的孔、轴配合密封结构中，通常在孔或轴的径向表面设计密封沟槽，安装密封圈。这使得装配结构截面不再是简单的圆筒形，而是具备复杂形状的截面，采用传统的厚壁圆筒理论，难以考虑到沟槽对部件结构应力分布的影响。为预防H2S对设备安全和寿命影响而进行的表面堆焊耐蚀合金工艺，使得同一截面包含2种不同力学性能的材料，给分析带来更大的困难。

采用数值解法的有限元软件可以较为准确的模拟复杂结构截面在压力作用下的响应问题。对于双金属堆焊的复杂结构，可采用基于ABAQUS的Cohesive接触模型进行模拟。分析中还应考虑超高压外部载荷导致的材料可能出现屈服的问题，应引进弹-塑性非线性材料模型进行分析。

1 材料模型

压力容器设计中使用的高强度低合金钢属于弹-塑性材料，具有明显的屈服-流动特点。通过材料力学性能试验，可获得屈服强度、抗拉强度、拉断伸长率等指标。……