油套管特殊螺纹主要通过金属对金属的径向过盈主密封结构保证油套管连接的气密封性能。针对特殊螺纹密封性能开展数值模拟评价研究,并提出优化特殊螺纹气密封结构的方法。首先建立了特殊螺纹锥面对锥面密封结构的数值仿真模型,研究了等锥面密封结构和非等锥面的密封面上接触应力分布关系,研究发现,若采用非等锥线性密封结构的密封接头,能够有效改善特殊螺纹密封面上接触不协调现象,改善密封面上接触应力的分布;其次,建立了特殊螺纹球面对锥面密封结构的数值仿真模型,引入密封接触能理论,研究了不同椭圆度下的球面密封结构密封面上接触应力分布关系,并给出特殊螺纹球面密封椭圆度的最佳取值范围。研究结果可以为提高特殊螺纹抗泄漏能力提供理论依据,为特殊螺纹密封结构的研发提供思路借鉴。

针对常规悬挂器密封坐挂位置难以判断和密封结构的缺陷问题,对常规套管悬挂器密封结构进行力学计算,研究常规密封结构中接触面的密封宽度和接触压力的影响因素,并对其工作力学机制以及密封结构进行仿真模拟研究,找出现有密封结构存在的问题,并基于椭圆金属密封结构设计理念,结合现有结构的金属密封结构件,进行多种方案设计研究,开发一种锥形多曲面椭圆型全金属密封结构的大通径芯轴式套管悬挂器,并通过室内高压气密封试验证明所设计的金属密封结构的可靠性,为全金属芯轴悬挂器在现场应用奠定了基础。

为研究井下复杂工况对油管特殊螺纹接头的影响,利用Abaqus有限元软件建立螺纹接头有限元模型,在一定径向和轴向过盈量下模拟初始螺纹上扣状态,在不同轴向载荷、内压和温度下分析油管特殊螺纹整体结构完整性以及密封性能,并提出整体密封、局部密封性能指数以及综合安全性能评价方法。结果表明:在不同工况条件下特殊螺纹接头Mises应力和接触压力呈现凹型分布趋势,首尾以及最后一扣退刀槽位置是应力相对集中的薄弱部位;温差增大导致接头结构热胀冷缩变形应力水平有明显提高,内压以及轴向载荷增加使整体密封性能有所提高但台肩局部密封性能存在差异;接头使用螺纹脂提高了螺纹接头整体及局部的密封和安全性能;内压越大温度越高接头安全性越低;螺纹在拉伸载荷工况下整体安全性能有所提高,但局部台肩结合处出现分离致使安全性有所下降;...

液压胀接力是影响衬里复合管液压成型质量的关键参数。根据实验数据建立了两种316L衬管材料的多线性强化的有限元模型,基于Tresca屈服准则,开展了衬里复合管在液压成型过程中极限胀接压力范围、胀接压力与紧密度关系的研究,并将有限元计算结果和解析解计算结果进行了对比。结果表明,当满足成型条件时,选择硬化强度较低的衬管材料,可以增大胀接力范围和紧密度区间,有利于制管胀接力的设计和控制;根据计算结果拟合了该成型条件下紧密度和胀接力的关系曲线,得出了两种材料的最小胀接力值分别为113.38 MPa和126.99 MPa。建立的材料多线性强化有限元模型可以准确地考虑衬管材料在胀接过程中的应变强化过程,为精确控制衬里复合管液胀成型参数提供了理论依据。

从复合管液压成形力学模型、边界条件约束和弹塑性分析的角度,讨论了塑性成形过程力学计算模型的差异,分析了双金属复合管液压成形过程应力、应变以及残余应力的非线性分布规律,提供了准确的有限元分析模型以及胀接区间确定方法,探究了基管和衬管间初始间隙对结果的影响。结果表明:双金属复合管成形过程是一个复杂的非线性过程,传统的模型对残余接触应力的计算存在误差;建立了考虑变形协调和轴向等效应力的液压胀接过程模型,利用应力变化曲线关系准确地确定了胀接应力区间;胀接完成后基管和衬管最大应力点为衬管外壁;制管时应减小复合管初始间隙。

研究卡瓦悬挂器密封结构失效案例,对卡瓦式套管悬挂器悬挂能力和密封结构的工作特性进行有限元计算,分析卡瓦悬挂器密封结构经常发生失效的主要原因。为了克服卡瓦悬挂器结构存在的缺陷,提高井口悬挂器承载能力和密封性能,设计一种新型芯轴式悬挂器,并进行了压力和承载实验测试。经过试验前后拆卸对比,得到悬挂器和四通的变形在安全范围内;球形密封钢圈受压后产生变形为平面状,密封宽度较大,表明密封性能良好;试压过程中,随着载荷的增加,试验台仪表和百分表的位移量变化较小。因此,试压测试表明该新型悬挂器可以承受140 MPa的高压压力作用,最后在现场得到应用,效果良好。