![有限元分析](http://www.nataid.com/uploads/allimg/2406/1_2023065601.jpg)
两个螺纹类型由于密封面的形式不同,密封面接触的位置也不同。不同载荷步时,密封面接触压力对比如图所示。
有限元分析在载荷步1(螺纹连接后),螺纹类型A的密封面接触压力峰值很高,接近800MPa;而螺纹类型B的接触应力分布呈较平滑的馒头形,最大接触压力650MPa左右。
在载荷步2(常温内压载荷),螺纹类型A的密封面接触长度5.5mm,螺纹类型B的密封面接触长度为1.6mm,螺纹类型A和B的接触压力分布与螺纹连接后的分布类似。
在载荷步3(高温内压载荷),螺纹类型A的密封面接触压力比载荷步2有明显降低,螺纹类型B的接触长度和接触压力没有太大变化。
在载荷步4(高温),螺纹类型A的密封面接触压力比载荷步3有提高,但接触长度降低到2.6mm,螺纹类型B较之前的载荷步没有太大变化。
在载荷步5(常温),螺纹类型A的密封面接触压力大幅度降低,接触长度缩短到1.2mm;而螺纹类型B的接触压力虽然降低了,但是接触长度变化不大。
螺纹类型A和螺纹类型B在不同载荷步下的密封面接触长度见表5。由表5可知,螺纹类型A受载荷步的影响,密封面接触长度变化比较大,而螺纹类型B在各个载荷步下的密封面接触长度比较稳定。
通过密封面上的接触应力与积分强度表征接头的密封性能。积分强度定义为密封面上接触应力对接触长度的积分,接触应力反映了接触面上对应点的应力大小,积分强度则综合体现了接触应力和接触长度的效果。
通过分析螺纹的平均接触压力,可以评估螺纹处的黏结倾向。螺纹类型A和螺纹类型B螺纹平均接触压力比较如图所示。螺纹类型A和螺纹类型B的螺纹接触压力分布比较类似,都是第一牙啮合螺纹接触压力最大,之后的螺纹接触压力比较均匀。螺纹类型A的螺距比螺纹类型B的小,所以在相同的螺纹长度上,螺纹类型A的啮合牙数比螺纹类型B的多。螺纹类型A为齿侧间隙,所以螺纹连接后每牙的平均螺纹接触压力比较小;而螺纹类型B是齿侧过盈型,螺纹的两侧承受了较大的接触压力,但是都低于管体的屈服强度,所以没有螺纹黏结的危险。螺纹类型B的齿侧过盈型在由低温到高温的过程中螺纹的齿侧还能保持接触状态,螺纹能承受较大的压载荷,分担对扭矩台肩的不利影响,保证良好的密封性能。
热采井用套管接头评价有限元分析考验的是高温下特殊螺纹接头的气密封能力,在高温下接头的材料会发生应力松弛,接头的密封能力会下降,所以蒸汽辅助重力泄油井必须使用特殊螺纹产品。特殊螺纹产品的种类很多,选择两个比较有代表性的螺纹类型A和B进行有限元分析。分析结果表明,螺纹类型B的密封面接触压力和接触长度受温度和压力载荷影响较小。由此可见,螺纹形式采用齿侧过盈,齿顶与齿底有间隙,密封形式采用弧对锥这种形式更适用于蒸汽辅助重力泄油井况。
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