[发明专利]一种确定复杂工况条件下钻具接头极限工作扭矩的方法

摘要

本发明提供一种确定复杂工况条件下钻具接头极限工作扭矩的方法，其利用有限元前处理软件对钻具接头三维几何模型进行网格划分，建立钻具接头三维有限元模型，并利用非线性有限元分析软件ABAQUS进行计算，得到井下钻具接头在实际载荷工况作用下的力学特性。并在此基础上，计算钻具接头所能承受的极限工作扭矩。本评价方法可以评价在上扣扭矩、轴向拉力、弯矩等复杂外载荷作用下的钻具接头的极限工作扭矩，从而评估钻具接头的安全性。其对认清钻具接头的载荷极限、指导钻具接头结构参数的改进和工作参数的选用，确保钻井作业安全具有十分重要的意义。

主权项

一种确定复杂工况条件下钻具接头极限工作扭矩的方法，其特征在于，采用三维有限元计算方法，综合考虑钻具接头在复杂载荷工况条件下的抗扭极限载荷，具体步骤如下：1）利用CAD几何建模软件建立钻具接头三维几何模型；2）利用有限元前处理软件对钻具接头进行网格划分，建立钻具接头三维有限元模型；包含螺纹、母扣镗孔、公扣鼻端、主台肩、副台肩特征；3）利用非线性有限元分析软件ABAQUS定义螺纹啮合面和主、副台肩接触面之间的接触关系，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，所述材料属性从基础试验获得，同时根据试验数据确定材料失效时的塑性应变，将其作为材料失效准则加入到模型中，所述边界条件根据实际井况确定，所述载荷工况包括上扣扭矩、轴向拉伸、弯矩外载荷；随后利用ABAQUS进行计算分析；4）得到钻具接头的von Mises应力分布云图，考察其峰值及分布状态对接头连接性能的影响；得到接触面的接触压力分布云图，考察其分布状态对接头密封性能的影响；根据计算过程中工作扭矩的变化曲线，确定钻具的极限工作扭矩。