非API标准BigOmega特殊螺纹接头连接性能数值分析

时间：2025-06-09

2 0 0 9年第 3 8卷第 6期第 3 4页

石油矿场机械0I L Fl ELD

E QUI P M ENT

2 0 0 9, 3 8 ( 6 ): 3 4~3 9

文章编号：1 0 0 1— 3 4 8 2 ( 2 0 0 9 ) 0 6— 0 0 3 4— 0 6

非 AP I标准 B i g Ome g a特殊螺纹接头连接性能数值分析许志倩，闫相祯，杨秀娟(中国石油大学 a .机电工程学院； b .储运与建筑工程学院，山东东营 2 5 7 0 6 1 )

摘要：以德国非 AP I标准的 B i g Ome g a特殊螺纹接头作为研究对象，应用有限元软件 ANS YS建立计算力学模型，模拟套管柱接头行为，通过改变螺纹参数 (高度、锥度等),计算得出各扣牙相应的

最大法向接触应力与最大接头 Mi s e s应力。分析螺纹参数变化对扣牙所受应力的影响规律，从而得到 B i g O me g a接头螺纹参数的改变对套管接头连接性能的影响规律，进而为套管柱接头特殊螺纹扣型的选择提供依据，为套管柱设计提供更为有效的参考。关键词：非 AP I标准；连接性能；螺纹参数； B i g Ome g a中图分类号： T E 9 3 1 . 2 文献标识码： A

Nu me r i c a l An a l y s i s o n Co n n e c t i o n Pe r f o r ma nc e o f No n - APIBi g Om e g a Pr e mi u m- Th r e a d e d Co n n e c t i o n

XU Z h i— q i a n , YAN Xi a n g— z h e n , YANG Xi u— j u a n(口 . C o l l e g e o f Me c h a n i c a l a n d El e c t r i c a l En g i n e e r i n g; 6 . C o l l e g e o f Ar c h i t e c t u r e a n d S t o r a g e En g i n e e r i n g, Ch i n a Un i v e r s i t y o f Pe t r o l e u m,Do n g yi n g 2 5 7 0 6 1, Ch i n a )Ab s t r a c t:T h e FEM mo da l of c a s i n g t h r e a d wa s bui l t up a c c o r d

i n g t h e a c t ua l di me ns i o ns t o c a l c u—

l a t e t h e s t r e s s d i s t r i bu t i o n s, g e t t i ng t he mi s e s s t r e s s e s o f API a n d no n— API c a s i ng c on ne c t i o n t hr e a ds a nd f oc us i n g on s t ud y i ng t he no n— API c a s i ng c on ne c t i on t h r e a d.Th e r ul e s of a nt i— l e a k a g e s t r e ng t h be t we e n t h e t hr e a d pi t c h,t a pe r a n gl e a n d t e e t h h e i g ht we r e o b t a i n e d f r o m t he c a l c ul a t— i n g r e s ul t s,c ha ngi ng t he pa r a me t e r s o f c a s i ng t hr e a ds .Th e n,t he e q u a t i o n s be t we e n s e a l i ng pe r— f or ma n c e a nd b i g o me ga c o nn e c t i o n t h r e a d pa r a me t e r s we r e ob t a i n e d . By t he e qu a t i on s,t h e s a f e— t y r e l i a b i l i t y of n o n - API c a s i ng c o n ne c t i on t hr e a ds s e a l i ng c o u l d be s c i e n t i f i c a l l y a nd e f f i c i e nt l y e— v a l u a t e d. Thi s me t ho d c a n a f f or d t he r ul e i n s e l e c t i ng t he t hr e a d t y pe s a n d s e r v i c e a s a n a c c u r a t e r e f e r e n c e i n c a s i n g de s i gn i ng . Ke y wo r d s:n on— API; c o nne c t i o n pe r f o r ma nc e; t h

r e a d p a r a me t e r; b i g o me g a

油套管通过螺纹连接形成长达数千米的管柱，接头部位是整个管柱中最薄弱的环节。油套管接头

mi u m C o n n e c t i o n s )。由于自身设计的缺陷，致使

AP I接头油套管在服役期间容易发生失效事故，尤

可以分为 2类：一类是 AP I螺纹接头，即按美国石油学会 ( AP I )标准制造的接头；另一类是非 AP I螺纹接头，也称为特殊螺纹接头或优质螺纹接头 ( P r e—

其是对于一些条件苛刻的油气井，如超深井、高压气井、热采井等，普通 AP I接头根本无法满足其使用要求。然而，非 AP I标准的特殊螺纹接头以其独特

收稿日期： 2 0 0 8— 1 1— 1 1 基金项目：中石油重点实验室基础研究课题 ( 2 0 0 8 A一 3 0 0 5 ) 作者简介：许志倩( 1 9 8 2一 ),女，河北衡水人，博士研究生，主要从事油气田套管柱安全可靠性研究， E - ma i I: X u Z h i q i a n一 1 0 1 3@1 6 3 . c o m。

第3 8卷

第 6期

许志倩，等：非A P I标准 B i g Om e g a特殊螺纹接头连接性能数值分析

的结构设计和精密的加工工艺，弥补了 A P I接头的诸多不足，实现了普通接头难以达到的性能。因此，国内外钢管企业愈发重视特殊螺纹接头的研究与开发，其应用的范围不断扩大Ⅲ 1 ]。

用有限元软件计算得出 B i g O me g a接头不同螺纹参数下的各扣牙受力分布情况，从而对该特殊螺纹接头的扣牙连接性能进行研究。

套管接头的整体性能研究一直倍受关注，主要研究内容为：①连接抗拉强度问题，即如何提高套管接头的承载能力；②重复 j _扣作用扣牙的损坏问题；

1 特殊螺纹接头有限元模型的建立1 . 1非A P I标准 B i g Ome g a接头的螺纹参数

B i g Ome g a (大欧米茄 )是用于大直径套管外径 0 3 5 5 . 6~0 6 6 0 . 4 mm( 1 4~2 6英寸 )的特殊接头。

③密封性能问题，即如何机理上提高密封的可靠性_ -]。B i g O me g a (大欧米茄 )是德

国瓦卢瑞克曼内斯曼钢管公司的套管产品，主要用于大直径套管 ( 0 3 5 5 . 6￣o 6 6 0 . 4 mm)的特殊接头。对于此套管的连接性能分析，本文从接头扣牙的受力分析人手，应

标准接箍的外径和长度与 AP I尺寸相同，但其扣牙设计与普通 A P I标准梯形扣在螺纹参数上存在很大差异，详细内容如表 1]。

表 1 B i g O me g a与 A P I梯形扣的扣牙参数对比