宝钢钢管产品与工艺设计分析的

1、宝钢钢管产品与工艺的设计分析王治国上海宝钢钢管公司1. API 圆螺纹油管2. 抗粘扣油管3. 四时直连型偏梯形螺纹套管4. 特殊螺纹油管5. S135 高强度钻杆6. 钢管张力减径变形过程仿真宝钢钢管产品与工艺的设计分析1 API圆螺纹油管API圆螺纹油管是油田使用的主要管材之一，大家都十分关注其实物质 量。通过计算机有限元仿真，可以直观而深刻地认识影响油管实物质 量的主要因素，从而有效地提高油管的使用性能。QCmarcNUU Ulf. LJXL.-IUnri MJL lUUlNtiAPI不加厚圆螺纹油管的有限元模型Inc £2T Ihb £ 2. OIIDb *DQ3M

2、ARC-7.UUOu402b. UUde4L12互.32QBH12& SOOetn?4rd y3»D4DBtO2< 1露因口口l.b2Uw+U2Liitmzcnu,nnnp4nnNUU UU.yKL.bnri NUL lUUlNbtoulvaLont UunSt roi>£1上扣后螺纹接头的等效Von Mises应力分布共23页第32页triicOCmarc7-500U+D tB,75nn+n II). JUUu + U-l5,25Uu*U I4. 50Qb + U-IJ. fbUn + U-l7. 75Ir + IU3.UUlM*7. snnr

3、7;+n3i, nnnp-rniNUU 毗 yxi.4511n MIL lUUlNb不加厚油管上扣后外螺纹齿面接触力分布计算结果表明，啮合螺纹两端齿面接触应力较高，这说明为什么油管 在使用过程中两端容易产生粘扣，而且上扣扭矩越大接触应力越高， 所以使用时应该严格控制上扣扭矩。外加厚油管上扣后啮合螺纹齿面接触力的分布规律与不加厚油 管相同，但是接触力（接触应力）较高，这说明为什么在使用 过程中外加厚油管比不加厚油管更容易粘扣。Inc S 32TIhb £ 2.GODefDO1 . UULlif-U I 9.286b-D2 e.s?is-oa 7>a5?B-O2 7.143Q-D2

4、B. 12SQ-D2S. ?He-02 5,0006-02 %2MrF23.571”nz ?,HSTR-n? 入i事iri7 1H 429R-07 LU. UULIu + UU00 MARCNUU UU. LJXL.bnn ML lUUlNti匕wulu吕Lunt H)uut ic Su « in不加厚油管在轴向拉力作用下滑脱时的变形情况不加厚油管在承受的轴向载荷增大到一定限度时，管体外螺纹大端产生较大的变形，出现颈缩，最后导致螺纹接头滑脱。Inc £52TI he £ 3. SiODe *DQ5.JUUu-UJ 4,G43b-D3 丸相6k口$3, 929丁口3

5、 3.5MQ-D3 3.2b1u-033 85TH73 2,5D0e-032. H3e-Q3 1,78Ee-D3 1,wpm月一m i, nrtn3 九3. "2(14 U. JULiu + UDOS MARCNUJ 加，yXSlLnn LUL IUU1NGEquIu株Lamt Plu&tinAPI外加厚油管在轴向拉力作用下的变形情况 在轴向载荷逐渐增大到某一限度时， API外加厚圆螺纹油管的管体产生 较大变形，出现颈缩，最后断裂，这说明螺纹接头的抗滑脱强度高于 管体的抗拉强度。外加厚油管螺纹接头抗滑脱强度高，但是它的抗粘扣能力却低于不加 厚油管，通过分析计算发现借助控制上扣

6、扭矩可以在两者之间取得平 衡，也就是说，将上扣扭矩控制在 API标准规定的下限可以在保证抗 滑脱强度的前提下提高螺纹抗粘扣能力。2抗粘扣油管油管粘扣主要是由于上扣后啮合螺纹齿面间产生了分布不均匀的接触 应力，特别是啮合螺纹两端的齿面接触应力过大，从而引起粘扣。通过优化螺纹参数，可以使啮合螺纹齿面接触应力分布均匀化，降低接触应力峰值，提高螺纹抗粘扣能力抗粘扣油管上扣后螺纹齿面接触力分布30%左N80 2 7/8外加厚油管，优化后螺纹齿面接触应力峰值降低了右，螺纹抗粘扣能力明显提高。3四时直连型偏梯形螺纹套管为了满足油田用户的需要，我们除了开发生产API标准成品外，还研究开发了多种满足油田特殊需要

7、的非 API标准成品，四口寸直连型偏梯 形螺纹套管是其中之一。Iwic !；4TIhb £ 2.ODDe*DQU. 5UUu+LJ2 匕65口“02E. UUUb + LJ25. 95lli>4|J25.iaae4n?3. inou+n? 2h5500+021 .ULi"U上 il snrin4n)7, HRIzh i I ian tau ；iian lin tnulvaLunt Uun MI&uh St rust;直连型套管上扣后螺纹接头的等效 Von Mises应力分布直连型套管在轴向拉力作用下螺纹接头的等效塑性应变分布4特殊螺纹油管为了满足深井、超深井、

8、高压油气井等开采的需要，宝钢开发了特殊 螺纹油管系列BGT、BGT1。在开发过程中充分考虑油管的使用条件, 在计算机数字环境中对油管的使用性能进行预测，反复优化。OCmarcInc S 13TIwe ： 3.ODDefDD6h800u+D2n,i?na+n?b. 44U"U上7. n-qfiR+n7I.3Gde4U2RrnintnI.nnfip+nnBGTUun St rvi»KBGT!纹接头上扣后的等效Von Mises应力分布3MARCIwic !；33TIhb £ 5.ODDe*DQU.UOOu402 6. 12。*02 h. 34口HUZ4.7S1b*&l

9、t;12 -i,n80F?+np 3,400e«02 Z»72DstD22.040a+D2 1.3tiUu+U2 & orni”m ii, iiinR+iinBGTE”ulu吕Lumt Uun iicm S1 roes1承载时BGT!纹接头的等效Von Mises应力分布特殊螺纹油管承受管体屈服强度 80%的轴向拉力和80MPa内压，这时密封面的接触应力是内压的5倍左右，完全保证了油管密封完整性，而且螺纹接头的连接强度不低于管体。KmarcInc !;33TIwe ： 5.OnDetDO1.500u+Da1 . 30nA«ri31. 1ULiu4UJ9.U

10、UUu+02, D0DB4D71L_1-a / Zdi, jnciR+ii?-I.DUQe4U2nnnn+ri?-s.nnnp+n?BGTCu” 11 uf Sim齿片承载时BGT!纹接头的轴向应力分布triicTIwe ： 5.OnDetDOOCmarcUIOOu+03"1(1110*112.UUUu+UZ 2UUNU2* &DD9*D23. LIUDtf + UZ-7, jnnp<n I-. HUUe4U2-3. innn+n?-5, cinnR+n?BGTCohp 33 uf Stives承载时bgtB接头的周向应力分布计算结果表明，特殊螺纹油管在承受管体屈服强度

11、80%的轴向拉力和80MPa内压时，螺纹接头的周向应力较低，能够适 应含硫环境，有很好的耐应力腐蚀能力。宝钢自主开发的特殊螺纹油管 BGT1,采用两点密封的结构形式，具有 更好的使用性能，计算结果表明 BGT1能够满足高压油气井等复杂井 况对油管密封完整性和结构完整性的要求。00 MARCInc S 13 TIhb £ 3.OIJDe#DOG.UUUu+U25.1209402b.4, /UH?+II2(innR+n?2.040a*021.JUUu+UZn. jnriRtnnBGT1tnulvalunt Uun MI&uh St rust;BGT1螺纹接头上扣后的等效Von M

12、ises应力分布上扣后BGT1外螺纹齿面及密封面接触力分布5 S135高强度钻杆宝钢S135钻杆工具接头的公端和母端分别选用不同的内径，这样的设计方案降低了加厚和焊接的工艺难度，有效地保证了产品的实物质量。分析计算结果表明，宝钢工具接头的连接强度等同于公母端内径均为69.8mm的工具接头，而大于公母端内径均为88.9mm的工具接头。宝钢钻杆加厚过渡带满足国内石油行业“油管、套管、钻杆、钻铤的定货补充技术条件” Miu /00mm, R300mm,承受轴向载荷时 R处应力集中系数为1.04,承受弯曲载荷时R处应力集中系数为0.94。triicTIwe ： 3.OnDetDOOCmarcB.6OO

13、o*D2九 74ngf!7Ij.tjUUu4UZ瓦口2口"叱7,sror+hzI./2Ue+U2外螺纹内径d=69.8mm,内螺纹内径 d=88.9mm& Anrintn i . mnnR+nnNCW bLLU KI3b宝钢S135钻杆上扣后工具接头的等效 Von Mises应力分布KmarcInc S 22TIwe ： M.OnDetDO8hS00u+D27,740fl+n?b. tJULiu+UZUhD2Uu+U27,safiR+nz外螺纹内径d=69.8mm,内螺纹内径 d=88.9mmI.口& Rnrintn i . mnnR+nnNU5U bLLU 8135

14、匕uulu四Lunt Uun MI&u喘 St rui>K宝钢S135钻杆工具接头在轴向拉力作用下的等效Von Mises应力分布Inc S 22TIwe ： M.OnDetDOKmarc8hS00u+D27,740fl+n?b. tJULiu+UZUhD2Uu+U27,safiR+nzI.口& Rnrintn i . mnnR+nn内、外螺纹内径 d=69.8mmNCW bLLU KI3bS135钻杆工具接头在轴向拉力作用下的等效Von Mises应力分布Inc S 22TIwe ： M.OnDetDOKmarc8hS00u+D27,740fl+n?b. tJULiu+

15、UZUhD2Uu+U27,safiR+nzI./2Ue+U2内、外螺纹内径 d=88.9mm& Anrintn i . mnnR+nnNCW bLLU KI3bS135钻杆工具接头在轴向拉力作用下的等效Von Mises应力分布Inc !;15Tine ： I.SODefDOKmarc6, GriMUWB.441e*O2B,311a*DZb.9Uu+iJ25h 750R+n7J.9Uu+U23,firfip+n7R处应力集中系数为1.04n. 71Sr+ii?3 98SW22.F559+U27. 52dn+n?之.之94白口之2口通*口2S135 Urill PipeCu” 11 uf Sim齿片宝钢S135钻杆加厚过渡带在轴向载荷作用下的应力分布Inc S 35T Ine ： I. MIJDef DtKmarc7hD23u+DZR.085A+n?5. 14,3U上1.2lUu+023.Z?b+DZ1. 39?h+D2R处应力集中系数为0.94可，59?r + I11-土 "Elu + 口 I-1.415fltO2-2,