第i卷330特issm1001-053x1997.北0紫科技大学学报 Vol.19 1997年2月 Joumal of University of Science and Technology Beijing Feh.1997 8牙圆螺纹套管接头应力分析* 王王利 减勇 邹家祥 北京科技大学机被工程学院，北京100083 摘要应用弹性理论推导出了接头在不同工况条件下的应力表达式，并且在计算机上进行了模 拟.计算结果与国外实验值有可比性，可用于工厂对套管进行力学性能分析， 关键词圆螺纹套管，应力分析，接头 在石油钻采过程中，由于套管在几千米的地下受力复杂，工作条件恶劣.套管接头是套 管柱的簿弱环节，泄漏和滑脱常在此部位发生.因此要求机加工和检验非常严格，并且要经 常进行实物实验分析.本文根据工厂实验室分析的各种工况，对套管接头进行了力学分 析，推导在不同工况以及各种工况的组合条件下接头的应力公式，并且进行计算机模拟，能 很方便地给出不同工况下的应力分布曲线，对工厂进行应力分析有一定的实用价值， 1 模型的建立 管接头是带外螺纹的套管与内螺纹的 接箍 接箍通过螺纹连接组成的，如图1所示，由 于套管与接箍的接触面是一个空间螺旋曲 管体 面，而且接头受由于扭紧后接触面过盈产 生的接触压力、内部的压力以及在套管两 端作用的轴向拉力，使得对套管的力学分 析十分困难.在用弹性理论对套管接头进 图1接头模型示意图 行力学分析时，做了如下假设：(1)套管接头的变形在弹性范围；(2)忽略螺纹升角的影响，把 接头看成轴对称问题 2公式的推导 本文所用符号说明：P一内部压力；0一接箍的环向应力；σ一接箍的径向应力；ox~ 接箍的轴向应力；σ，一管体的环向应力；0p一管体的径向应力；p一管体的轴向应力；一 接箍的环向应变；￡一接箍的轴向应变；，一管体的环向应变；￡p一管体的轴向应变； P.-等效径向接触压力；-接头螺纹中径；T接箍外径；一管体内径. 1996-03-20收稿 第一作者男33岁博士生 ◆国家重点技术开发项目第 珍 卷 增刊 望刀 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 加爪目 了 面饥卿 了 段泊耽 川 由 点恻 欣加甩 日 珍 叹 望刀 牙 圆螺纹套管接头应力分析 王 王利 减 勇 邹 家 祥 北 京科技大学机械工 程 学 院 ， 北 京 冷 摘要 应 用 弹性理论推导出了接 头在 不 同工 况条件下 的应力表达式 ， 并且 在计算 机上 进行 了模 拟 计算结果 与国外 实验值有可 比性 ， 可用于 工 厂 对套管进行力学性能分析 关健词 圆螺纹套管 ， 应力分析 ， 接头 在石油 钻采过程 中 ， 由于套管在几千米 的地下 受力复杂 ， 工作 条件 恶 劣 套 管接 头是 套 管柱 的簿 弱环节 ， 泄漏 和 滑脱常 在此部位 发生 因此要 求机加工 和 检验 非 常 严 格 ， 并 且 要 经 常进 行 实 物 实验 分 析 本 文 根 据 工 厂 实 验 室 分 析 的各 种 工 况 ， 对套 管 接 头 进 行 了 力 学 分 析 ， 推导在不 同工 况 以 及各种工况 的组合条件下接 头 的应力公 式 ， 并且 进 行 计 算机 模 拟 ， 能 很方便地 给 出不 同工 况下 的应力分 布 曲线 ， 对工 厂进行 应力分 析有一定 的实用 价值 模型 的建立 管接头是 带外螺纹 的套管与 内螺 纹 的 接箍通过螺 纹连接组成 的 ， 如 图 所示 由 于套管 与接 箍 的接触 面是一个 空 间螺旋 曲 面 ， 而且 接 头受 由于 扭 紧后 接 触 面 过 盈 产 生 的接 触压力 、 内部 的 压 力 以 及 在 套 管 两 端作用 的轴 向拉 力 ， 使得 对套 管 的力 学分 析十分 困难 在 用 弹 性 理 论 对套 管接 头进 接 箍 管体 行力学分 析时 ， 做 了如下假设 套管接头的变形 在 弹性 范 围 忽略螺纹升角的影 响 ， 把 接头看 成 轴 对称 问题 公式的推导 本文 所 用 符 号说 明 只一 内部压力 。 一 接箍 的 环 向应 力 。 二 一 接 箍 的 径 向 应 力 。 二 一 接箍 的轴 向应 力 即 一 管体的环 向应力 几 一 管体 的径 向应力 。 二 一 管体 的轴 向应 力 气 一 接 箍 的 环 向 应 变 气 一 接 箍 的 轴 向 应 变 际 一 管 体 的 环 向 应 变 与 一 管 体 的 轴 向应变 凡 一 等效径 向接触压力 几一 接头螺 纹 中径 ‘ 一 接 箍外 径 ， 一 管体 内径 夕欠 一 一 收稿 第一 作者 男 岁 博士 生 国家重 点技 术开 发项 目 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1997．s1．005