海上油套管特殊螺纹接头参数化设计方法及系统与流程

本发明涉及油套管结构设计领域，更具体地说涉及一种海上油套管特殊螺纹接头参数化设计方法及系统。

背景技术：

1、在石油工业发展过程中，随着油井气钻采作业向更高压力、温度和更苛刻工况条件的方向发展以及石油钻采工艺技术自身的进步，需要进一步提高石油专用管常用的开发要求。螺纹管道工作效率的提升，能够为企业创造更多的经济效益及社会效益，帮助企业更好地提升自身的市场竞争力。

2、在进行油气钻采时，油套管是必不可少的管材，其质量的好坏会直接影响到钻采的工作效率和套管接头的使用寿命。api标准的油套管如今在实际特殊油气井的使用中，其性能往往不是最佳的，在保证井下管柱的结构完整性和密封完整性方面均存在不足，不能用在高压、高腐蚀等严酷环境下的油气井。而特殊螺纹具有较高的连接强度及抗变形能力，并具有良好的密封性能，可以应用于严酷条件的油气井。特殊螺纹设计的核心主要包括优化密封面、扭矩台肩和连接螺纹参数，降低应力集中、保证密封性能、减少塑性变形，从而保证油套管的结构完整性和密封完整性。

3、目前关于油套管螺纹参数优化的确定还主要依靠试验，一般的做法是，对一种新生产的油套管，根据推荐的上扣扭矩，选用不同的螺纹参数进行上卸扣试验，通过检测螺纹牙接触表面的配合情况，从而确定合适的螺纹参数。这种试验方法需要花费大量的人力、物力，而且效率低、成本高；在实际应用中，螺纹进行结构参数修改主要依靠实际操作中的经验，缺少理论依据，没有明确的模型或者计算公式能够描述修齿或者其它优化措施对螺纹联接受力的影响。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种海上油套管特殊螺纹接头参数化设计方法及系统。

2、本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

3、海上油套管特殊螺纹接头参数化设计方法，包括以下步骤：

4、s1、选取特殊螺纹扣种类，初步确定螺纹接头的几何参数，在三维模型软件内对螺纹接头进行三维建模，利用螺纹接头的几何约束和尺寸约束关系进行装配调试；

5、s2、根据步骤s2的调试结果建立螺纹参数尺寸列表，按照列表尺寸在有限元仿真软件中对螺纹进行力学建模；

6、s3、使用有限元仿真软件对力学模型赋予模型材质及相关属性值，对模型装配后，建立模型的参考点，对模型进行网格划分，对力学模型的工作状态进行仿真，计算螺纹参数尺寸列表内各参数对应的应力分布情况变化；

7、s4、在函数绘图软件中创建表格和拟合公式，将各螺纹参数尺寸参数对应的参数应力值导入到表格中，在通过拟合得到对应参数的拟合曲线以及公式。

8、步骤s1中螺纹接头的几何参数包括管体螺纹承载面角度、管体螺纹导向面角度、管体螺纹齿高、管体螺纹螺距、管体螺纹锥度、管体螺纹牙锥度、管体螺纹螺距、管体螺纹长度、管体螺纹承载面上部圆弧半径、管体螺纹承载面下部圆弧半径、管体螺纹导向面上部圆弧半径、管体螺纹导向面下部圆弧半径、管体螺纹牙宽和螺纹牙高。

9、步骤s4中选取公扣的非台肩端面中心建立模型的参考点，使中心参考点与其所在断面进行相互耦合。

10、螺纹公扣接头的管体长度为螺纹母扣管体管端到管端螺纹退刀点距离长度的1.5倍或以上。

11、海上油套管特殊螺纹接头参数化设计系统，包括操作界面单元和数据库，数据库内储存权利要求1到4中的任意一项所述的海上油套管特殊螺纹接头参数化设计方法中的步骤数据，操作界面单元和数据库相关联用以调用数据。

12、海上油套管特殊螺纹接头参数化设计系统内设有粗糙度分析模块，对不同模型参数偏差的油套管承受拉伸工况的接触应力值进行分析。

13、本发明的有益效果为：本方案解决了现有技术中油套管螺纹接头几何建模和有限元模拟仿真需要耗费大量的时间精力的问题，其可快速获得不同参数优化的螺纹结构应力值，并可通过自设软件反映出来的应力值来选择性能较好的油套管进行实际测试，有效的提高了工作效率。

14、在实际应用中通过该方法进行大量高效仿真优化后，第一圈螺纹应力明显分布更加均匀，少有凸起的凹陷，即令螺纹分布更加均匀合理，在此情况下更加均匀的的表面受力可以有效完善螺纹的密封性同时分散其表面应力以达到延长螺纹使用寿命的目的。

15、在多次单参数仿真优化中，通过导向面夹角、承载面夹角、螺纹牙锥度、螺纹螺距、螺纹长度、承载面上部圆弧半径、承载面下部圆弧半径、导向面上部圆弧半径、导向面下部圆弧半径、螺纹牙宽和螺纹牙高这些参数的优化，既能保证油套管的密封性能，又提高了其上扣速度、对扣速度以及防止错扣。本方案使其更有效的提高密封性、连接强度、抗扭矩能力和承载能力等性能，从而满足复杂的工作环境。

技术特征：

1.海上油套管特殊螺纹接头参数化设计方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的海上油套管特殊螺纹接头参数化设计方法，其特征在于：步骤s1中螺纹接头的几何参数包括管体螺纹承载面角度、管体螺纹导向面角度、管体螺纹齿高、管体螺纹螺距、管体螺纹锥度、管体螺纹牙锥度、管体螺纹螺距、管体螺纹长度、管体螺纹承载面上部圆弧半径、管体螺纹承载面下部圆弧半径、管体螺纹导向面上部圆弧半径、管体螺纹导向面下部圆弧半径、管体螺纹牙宽和螺纹牙高。

3.根据权利要求1所述的海上油套管特殊螺纹接头参数化设计方法，其特征在于：步骤s3中选取公扣的非台肩端面中心建立模型的参考点，使中心参考点与其所在断面进行相互耦合。

4.根据权利要求1所述的海上油套管特殊螺纹接头参数化设计方法，其特征在于：螺纹公扣接头的管体长度为螺纹母扣管体管端到管端螺纹退刀点距离长度的1.5倍或以上。

5.海上油套管特殊螺纹接头参数化设计系统，其特征在于：包括操作界面单元和数据库，数据库内储存权利要求1到4中的任意一项所述的海上油套管特殊螺纹接头参数化设计方法中的步骤数据，操作界面单元和数据库相关联用以调用数据。

6.根据权利要求5所述的海上油套管特殊螺纹接头参数化设计系统，其特征在于：海上油套管特殊螺纹接头参数化设计系统内设有粗糙度分析模块，对不同模型参数偏差的油套管承受拉伸工况的接触应力值进行分析。

技术总结
本发明提供海上油套管特殊螺纹接头参数化设计方法及系统，选取特殊螺纹扣种类建立三维模型确定多组螺纹参数尺寸，通过有限元模拟仿真出不同结果应力值，将所得数据导入函数绘图软件中进行拟合，可得出不同参数的应力值增减趋势范围，通过拟合曲线计算出所需螺纹参数直接得出螺纹接头应力值。本发明的有益效果是解决了现有技术中油套管螺纹接头几何建模和有限元模拟仿真需要耗费大量的时间精力的问题，其可快速获得不同参数优化的螺纹结构应力值，并可通过自设软件反映出来的应力值来选择性能较好的油套管进行实际测试，有效的提高了工作效率。在实际应用中通过该方法进行大量高效仿真优化后，第一圈螺纹应力明显分布更加均匀，少有凸起的凹陷。

技术研发人员：沈国华,王儒朋,刘辉,尤天龙,马鹏越,王永胜,安中望,景万胜
受保护的技术使用者：中国海洋石油集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15