特殊螺纹接头密封面接触压力概率分布数值分析.doc

特殊螺纹接头密封可靠性数值分析
申昭熙王鹏李磊
（中国石油集团石油管工程技术研究院，西安市电子二路32号，710065）
作者简介：申昭熙，男，1976年1月出生，籍贯河南范县，中级工程师。2004年毕业于西安交通大学，硕士，现从事石油套管和油管的使用性能检测、适用性评价研究、管柱的可靠性分析及完整性管理等，E-mail:HYPERLINK"mailto:[e-mail]"[e-mail]。

摘要：对带金属对金属密封结构的特殊螺纹接头来说，保证接头的密封可靠性是很重要的。由于实际加工的接头参数是在一个范围内变化的，所以金属密封面上接触压力也是变化的。本文建立了利用有限元概率分析功能研究密封面上接触压力分布的方法，分析了特殊接头在锥度、密封直径、载荷等多个参数随机变化条件下的密封面接触压力的分布，计算了密封可靠性。结果显示不合适的螺纹参数匹配将导致密封面在拉伸载荷作用下失去密封能力。使用本文的特殊螺纹接头可靠性分析方法有助于优化螺纹密封结构与参数加工公差设计，进行管柱的可靠性设计与剩余寿命评估，提高接头的密封可靠性。组合
关键词特殊螺纹接头，密封直径，有限元分析，接触压力
中图分类号：O21，TE3
Simulationanalysisofsealreliabilityofpremiumconnection
ShenZhaoxi,WangPeng,LiLei
(TubularGoodsResearchCenterofCNPC,Xi’an,710065)
Abstract:Forpremiumconnectionwithmetal-metalseal,thereliabilityofsealifveryimportant.Infact,thegeometricparametersofconnectionvaryinthedeterminedscopewhichleadstothevariationofcontactpressureonthesealsurface.Thispaperestablishedtheresearchmethodofcontactpressuredistributionwithfiniteelementanalysisandcalculatedthereliabilityofpremiumconnectionseal.Theresultshowstheimpropercombinationofgeometricparameterswillbringthezerocontactpressuretothepremiumconnectionsealsurfaceundertensionload,thisistosay,theconnectionhaslostthesealability.Thereliabilityanalysiswillhelptooptimizethedesignandmachiningtoleranceofpremiumconnectionstructure,analyzethereliabilityandresiduallifeoftubingandcasingstringandimprovethesealreliabilityofpremiumconnection.
Keywords:premiumconnection,sealdiameter,finiteelementanalysis,contactpressure

1、引言
由于结构上的原因，APl螺纹接头的气密封性能、抗扭矩及压缩载荷的性能较差，不适用于有高气密封要求或复杂工况的深井超深井。为此各大油套管生产厂开发了带金属对金属密封的特殊螺纹接头，并得到广泛应用。
由于各接头生产厂设计的螺纹与密封结构不同，特殊螺纹接头密封可靠性不同。主要表现为：在密封试验中，有的试样通过了试验，另有一些试样却未能通过试验；检测评价合格的特殊螺纹接头，井下应用一段时候后，仍然有泄漏发生。这表明，按订货技术条件检测合格的特殊螺纹接头不能保证其性能百分之百合格，可靠性不能满足要求。
研究发现，特殊螺纹的结构一旦确定，确定螺纹和密封的加工参数公差范围尤为重要。很多文献[1~4]仅研究了接头参数为名义值时接头的性能，如密封面接触压力，以此评价接头密封性能。实际生产加工过程中，接头螺纹及密封面的参数是变化的，不同类型的特殊螺纹接头参数控制的范围也不相同，如密封直径公差有的为±0.03mm，有的为±0.05mm。在接头结构参数发生变化时，密封面的密封性能肯定也会发生变化。
金属对金属密封结构是由金属表面过盈配合而实现密封的。由于密封面长度有限，不是理想光滑，密封面上必须有一定的密封压力，克服由于表面