油井管道连接练习

在本练习中，将对油井管连接进行分析，如图11-30所示。本练习将应用以下技术：

● 弹塑性模型

1.项目描述 油井一般要钻入地球表层以下很深的地方，油井的构造一般分为多层。内管将油介质输送到包含多个标准长度管段的表层，这些管段的每端用螺纹联接。这些管段，尤其是连接部分受到较高的温度及压力环境考验，因此它们的设计和安装对油井运行是非常重要的。

螺纹联接不但要提供足够的强度和延展性，而且还必须保证密封特征以防泄漏。相关法律规定，石油泄漏可能导致油井关闭及巨额罚款。

如图11-31所示为两个管段典型的螺纹联接。通过管道螺纹旋入卡套，带斜角的端部一般称之为导柱，它与盒子部件肩部的斜面相接触。肩部几何体推动导柱挤压卡套壁面，从而产生接触压力。随着导柱和卡套两个零件发生变形，接触压力沿着界面发展，从而产生金属与金属之间的密封。沿着界面的接触压力决定联接处的密封性能。

2.材料 表11-1列出了所有的材料属性，并不是所有参数都是必须的。

3.加载条件 油介质的压力峰值为64MPa。在求解过程中，应该忽略温度环境的参数。

图11-30 油井

4.目标 进行一次必要的非线性分析，帮助用户判断金属与金属之间的密封是否可靠，能否能够阻止联接部分发生石油泄漏。本设计需要达到的安全系数是3.1。肩部位置材料塑性应变最高应为2%。(www.xing528.com)

图11-31 螺纹联接

表11-1 材料属性

请回答下列问题：

1）密封的长度是多少？

2）在极端情况下（安全系数为1），密封能承受的最大压力是多少？

3）请提出某些设计修改方案来提高结合处的密封性能。