[发明专利]一种双台肩钻杆接头副台肩间隙确定方法

说明书

本发明提供一种双台肩钻杆接头副台肩间隙确定方法。本方法根据实测尺寸数据建立双台肩钻杆接头三维几何模型，并基于分块网格划分方法对其进行网格划分，建立双台肩钻杆接头三维弹塑性有限元计算模型。在此基础之上，基于三维弹塑性有限元分析得到具有不同副台肩间隙的双台肩钻杆接头在不同轴向力作用下的三维受力特征，根据超深井钻井作业中钻柱各段所处深度特征，优选确定最适合该井段轴向力特征的双台肩钻杆接头副台肩间隙。本发明可以确定双台肩钻杆接头的最佳副台肩间隙以适应不同井深作业要求，其对提高双台肩钻杆接头的使用性能、延长双台肩钻杆接头的使用寿命、降低作业成本具有十分重要的意义。

技术领域

本发明涉及油田钻井技术领域，特别是提供一种双台肩钻杆接头副台肩间隙确定方法。

背景技术

随着油气井钻采作业向更大井深、更苛刻服役工况的方向发展以及石油钻采工艺自身的技术进步，常用的API标准钻杆接头已难以满足油气田进一步开发的要求，所以国内外各大钻杆生产厂商相继开发了具有更高抗扭性能的双台肩钻杆接头。由于双台肩钻杆接头较好地解决了API标准钻杆接头抗扭性能不足、应力集中严重等问题，其应用范围不断扩大。

浅层资源的不断减少使得油气勘探开发的深度日益增加。面对深井、超深井和特深井越来越苛刻的钻井作业环境，现场作业过程中双台肩钻杆接头失效事故仍时有发生，给油田造成巨大经济损失。钻柱承受的轴向力随着井深的增加不断增大，限制了双台肩钻杆接头性能的进一步发挥。副台肩间隙对双台肩钻杆接头在使用中的连接强度和密封性能有重要影响，但是针对不同井深、不同轴向力条件下双台肩钻杆接头副台肩间隙的确定方法并未见报道。本发明提供一种双台肩钻杆接头副台肩间隙确定方法，基于具有不同副台肩间隙的双台肩钻杆接头在不同轴向力条件下的三维受力特征，确定双台肩钻杆接头最佳副台肩间隙，以适应不同轴向力、不同井深要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种双台肩钻杆接头副台肩间隙确定方法，其对提高双台肩钻杆接头的使用性能、延长双台肩钻杆接头的使用寿命、降低作业成本具有十分重要的意义。

为了达到上述目的，本发明的构思是：

本发明基于副台肩间隙对不同井深不同轴向力条件下双台肩钻杆接头力学特性的影响规律，根据超深井钻井作业中钻柱各段所处深度特征，优选确定最适合该井段轴向力特征的双台肩钻杆接头副台肩间隙。采用三维弹塑性有限元分析方法能有效地模拟具有不同副台肩间隙的双台肩钻杆接头在不同轴向力条件下的三维受力特征，从而根据不同井深不同轴向力要求确定最佳副台肩间隙。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：一种双台肩钻杆接头副台肩间隙确定方法，根据复杂载荷作用下双台肩钻杆接头三维应力应变特征，确定不同井深不同轴向力条件下双台肩钻杆接头的最佳副台肩间隙，具体步骤如下：

具体步骤如下：

1)利用专用工具测量双台肩钻杆接头的几何参数，包括接头外径、内径、螺纹牙参数、母扣镗孔、公扣鼻端、台肩参数；

2)利用材料性能测试装备测试接头材料的名义应力-名义应变关系曲线，测定材料失效时的塑性应变；

3)基于双台肩钻杆接头几何参数特征，建立双台肩钻杆接头三维几何模型；

4)基于分块网格划分方法，对双台肩钻杆接头进行数学离散，建立包含螺纹牙螺旋升角、主台肩和副台肩结构的钻杆接头三维弹塑性有限元模型；

5)建立双台肩钻杆接头公扣和母扣啮合面之间的接触关系、主台肩啮合面和副台肩啮合面之间的接触关系，包括法向接触关系和切向接触关系；定义材料属性、边界条件、载荷工况，所述载荷工况包括上扣扭矩、轴向拉伸、弯矩、工作扭矩等外载荷单独作用或联合作用；