钻杆接头多轴疲劳寿命

论文摘要

在实际钻井过程中,钻杆接头以螺纹连接处的疲劳破坏为主,导致钻井成本显著增加。现有对钻杆接头的研究主要集中于钻杆接头的静力学特性分析,少有涉及钻杆接头的疲劳破坏的研究。基于虚功原理、Von Mises屈服准则及接触非线性理论,考虑螺纹升角的影响,建立了钻杆接头的三维有限元计算模型,分析了钻杆接头的上扣特性及其在复合载荷作用下的力学特性。基于材料S-N曲线,综合考虑尺寸系数、应力集中系数、表面加工系数及表面强化系数的影响,确定了钻杆接头的弯曲疲劳S-N曲线理论模型,通过对比验证建立了满足工程要求的钻杆接头疲劳有限元计算模型。运用多轴疲劳算法,计算了钻杆接头在复合交变载荷下的疲劳寿命,分析了残余应力和表面质量对疲劳寿命的影响。研究结果表明,在上扣扭矩或复合载荷作用下,钻杆接头最大Mises应力均出现在公扣第1有效啮合螺纹牙根处;弯曲井段API钻杆接头的疲劳寿命较小,建议开发适合超深井、水平井、大位移井及大斜度井的专用钻杆接头;残余应力与表面质量对钻杆接头的疲劳寿命影响较大,在钻杆接头螺纹根部引入可控的残余压应力和改善表面质量可以大幅提高其疲劳寿命。

论文目录

• 1 钻杆接头多轴疲劳分析理论
•   1.1 多轴循环应力应变关系
•   1.2 临界平面法疲劳破坏准则
•   1.3 多轴疲劳损伤累积模型
•   1.4 多轴疲劳寿命预测方法
• 2 钻杆接头有限元计算模型
•   2.1 钻杆接头网格单元模型
•   2.2 有限元计算模型验证
• 3 钻杆接头静力学特性
•   3.1 钻杆接头加载方式及受力特征
•   3.2 上扣扭矩作用下的应力特征
•   3.3 复合载荷作用下的应力特征
• 4 钻杆接头疲劳有限元计算模型
•   4.1 钻杆接头弯曲疲劳S-N曲线理论模型
•   4.2 疲劳计算有限元模型验证
• 5 钻杆接头疲劳寿命分析
•   5.1 钻杆接头疲劳寿命计算案例
•   5.2 残余应力对疲劳寿命的影响
•   5.3 表面质量对疲劳寿命的影响
• 6 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 张智,祝效华

关键词: 钻杆接头,曲线,残余应力,表面质量,疲劳寿命

来源: 石油学报 2019年07期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 石油天然气工业

单位: 成都中腾石油工程技术有限公司,西南石油大学机电工程学院

基金: 国家自然科学基金项目(No.51674214),四川省青年科技创新团队项目(2017TD0014),四川省科技计划国际合作计划项目(2016HH0008)资助

分类号: TE921.2

页码: 839-845

总页数: 7

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