石油套管楔形螺紋連接結構的API 5C5 A系有限元分析計算

1、 算例分析背景

油套管是石油行業必備的戰略物資，是連通地下油藏與地面的通道，油套管在服役過程中承受高的內壓、外壓、拉伸、壓縮、高溫等復雜載荷，因此油套管的安全性對油田的安全高效開發至關重要；油套管是由螺紋連接一根根連接而成，因此為了保證油套管的安全性，API 發布了對應的評價測試標準API 5C5，因此在楔形扣的設計開發過程中對楔形螺紋連接利用Abaqus軟件進行了有限元仿真計算。

2、 模型建立

由于設計開發的螺紋為帶錐度的楔形螺紋，螺紋錐度1/16，因此為了降低計算量，將模型簡化為軸對稱模型進行分析計算。分別將螺紋連接公母端導入模型如下圖所示：

母端結構

公端結構

3、 材料屬性設計

材料選用API 5CT規范規定P110鋼級材料，分別設置彈性模量和泊松比，并且設置P110材質在不同溫度下的屈服強度。

4、 網格劃分

根據需要不同位置處設置不同密度網格，對螺紋部分重點進行網格加密。

網格單元選用默認軸對稱網格，有限推薦選用四邊形網格。

5、 分析步

分析步共分為兩步，第一步為螺紋連接上卸扣計算，第二步為API 5C5載荷步分析計算，第二部共分為18步載荷，需要根據載荷時間調整輸出時間節點和內容。

6、 接觸設置

根據計算需要選擇對應的接觸位置，設置面對面接觸，接觸方式節點對面設置，

7、 邊界與載荷條件

根據計算需要在不同載荷步施加內壓、外壓、拉伸、壓縮等載荷，具體載荷大小和載荷施加時間參考API 5C5評價試驗標準。

試樣得底部施加Y方向的約束，試樣的頂部施加拉伸、壓縮載荷。

8、 計算

根據計算需要，采用4核心進行并行計算，計算結果如下圖所示：