考虑螺纹不对称性的双台肩钻具螺纹应力与密封性能分析

摘要：目的：对双台肩钻具螺纹应力与密封性能进行验证。方法：获取双台肩钻具螺纹相关的应力控制数据以及参数指标，利用其创建有限元控制模型，同时，通过对应力的控制来对其密封性能的变化作出分析与研究。结果：在不同的应力值的变化情况下，所得出的密封比存在差异，密封比较高，表明不对称性的双台肩钻具螺纹密封性能较好。结论：随着应力的变化，螺纹不对称性的双台肩钻具螺纹的密封性也会随之发生变化。应力越高，密封性能越好。

关键词：螺纹不对称性;双台肩钻具;螺纹应力;密封性能;应力变化;性能结构;

中图分类号：TE921  文献标识码：A

引言

钻具在使用过程中时常会受到拉伸、弯曲以及扭转等外力作用的影响，产生一定的复合载荷现象，这部分的复合载荷外力一般极易造成钻具以及螺纹应力的失效，并且部分螺纹在生产的过程中，由于生产制度不同，在连接的部位会形成钻具最薄弱的环节，直接影响最终螺纹的质量。所以，需要对钻具螺纹应力与密封性能进行对应地分析。通常情况下，可以将钻具划分为以下两个种类，分别为单项螺纹钻具以及不对称双台肩螺纹钻具，较为常用的还要数不对称双台肩螺纹钻具，它在应用的过程中局限较少，薄弱处也较少，并且出现故障的几率相比于其他钻具较低。为了增强其使用的范围，可以对其应力以及密封性进行管理与控制，以此来进一步提升整体的应用水平。传统的测试方法相对较为单一落后，并且最终的结果不具有稳定性，外载荷作用也不准确，因此，需要对考虑螺纹不对称性的双台肩钻具螺纹应力与密封性能进行分析，在真实的环境之下，采用层级维度的方式进行测试，并将最终测量的结果对比分析，进而实现螺纹应力与密封性能分析与研究。

1实验准备

选取不对称性的双台肩钻具螺纹6个作为本次实验的研究对象。准备相同型号的锥螺纹、螺旋升角、量度尺、螺纹进以及退刀槽。测定不对称性的双台肩钻具螺纹外螺纹、中心螺纹、内螺纹以及部分钻柱钻具的实际数值，并将螺纹钻具连接的薄弱部位加置接箍以避免在验证的过程中出现断裂的现象。

进行应力有限元计算模型初始指标数值的设定，具体如下表1所示：

根据表1中的数据信息，最终可以完成对应力有限元计算模型初始指标数值标准的设定，完成对应力与密封性测试环境的搭建。之后，核查测试的装置处于稳定的状态，并不存在影响最终测试结果的外部因素，核查无误后，开始实验。

2实验过程及结果分析

在上述所搭建的测试环境之下开始测试。首先，对

不对称双台肩鉆具螺纹的实际受力状态进行分析。在螺纹的内部和外部之间建立一个较为宽大的接触面，通过过渡最终形成一个复杂的螺旋曲面空间，对接触面的非线性应力进行计算，具体如下公式1所示：

公式1中：K表示接触面的非线性应力，f表示三维受力面积，表示接触载荷系数，通过上述的计算，最终可以得出实际的接触面的非线性应力。将其作为应力的对比标准，随后在此基础上，还需要建立相对应的有限元三维空间力学模型，对钻具的极限载荷范围计算，具体如下公式2所示：

公式2中：B表示极限载荷范围，v表示内螺纹受力面积，x表示外螺纹受力面积，t表示作用误差，通过上述的计算，最终得出极限载荷范围。在此范围之内，依据螺纹的不对称性质以及应力变化情况，进行有限元处理结构的创建。

根据所设计的有限元应力控制结构，进行不对称性的双台肩钻具螺纹应力与密封性的分析研究。在此基础上创建有限元三维空间力学模型，添加结构在模型之中，设定一条沿螺纹主台肩侧前三圈的齿根上进行两个受力路径的关联，并对螺纹的形式以及尺寸进行设置，形式大致可以设定为三角螺纹，尺寸的范围如下：螺距7.357mm，牙型实测高度为3.66mm，对应锥度比为1：9，圆角半径范围为0.341～0.674 mm，螺纹的对比接头长101.6 mm，对上述的数据信息作出整合，并计算不对称双台肩钻具螺纹应力的实际变化值。具体如下公式3所示：

公式3中;L表示应力的实际变化值，θ表示有限荷载变化比，表示应力无误差，a表示极限配合公差。通过上述计算，最终可以得出实际的应力的实际变化值。通过应力的变化情况，可以得出不对称双台肩钻具螺纹密封性能的强弱，将得出的数据信息进行对比分析，获取最终的结论，如下表2所示：

根据上述表2中的数据信息，最终可以得出以下结论：在不同的应力作用下，不对称性的双台肩钻具螺纹密封比相对较高，表明密封性更佳，具有实际的应用价值。

3讨论

通过上述的实验测试，最终可以得出以下结论：螺纹不对称性的双台肩钻具螺纹应力与密封性存在一定的联系，应力越大，相应的密封性越好，反之，应力越小，密封性越差。所以，在制造应用的过程中，应该对进行严格地控制，避免密封性差带来相应的经济损失。

4结束语

综上所述，便是对考虑螺纹不对称性的双台肩钻具螺纹应力与密封性能的分析与研究。在测试的过程中，对钻具螺纹所承受的对应复合载荷应力以及密封性作出分析。应用接触力学和三维还原技术，创建钻具的有限元模型，并依据实际的数据，进行模型的调整与更改，建立双台肩钻具螺纹接头力学性能分析的差值结构，在钻具性能以及特征的基础之上，进一步优化双台肩钻具螺纹接头的尺寸公差，以此来缩小误差的出现，使最终的测试结果更加真实可靠，具有更强的稳定性。

参考文献

[1]刘永刚，尹成先，丁宇奇.双台肩钻具螺纹应力与密封性能影响因素分析[J].石油机械，2021，49（01）：20-27.

[2]司磊.快速气密套管螺纹有限元分析[J].科技创新导报，2019，16（03）：73-76.

作者简介：赵洋（19880810）男，汉吉林省松原市 学士，助理工程师，研究方向：钻井工具，工作单位：大庆钻探钻井生产技术服务二公司。