懸掛器的懸掛載荷計(jì)算

1、懸掛器的懸掛載荷計(jì)算許多采油工程書(shū)上都有啊。紅皮的王鴻勛、張琪的采油工藝原理中就有一組計(jì)算最大載荷的經(jīng)驗(yàn)公式。用起來(lái)很方便。你可以選一個(gè)適合于你們油田情況的編個(gè)小程序。用時(shí)很方便。 水下套管懸掛器螺紋連接強(qiáng)度分析PDF套管頭結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析及評(píng)價(jià)本篇文章來(lái)源于 駱駝?wù)撐木W(wǎng)（） 原文出處：摘要：采用有限元軟件建立套管頭整體有限元模型，計(jì)算套管頭在不同工況條件下的應(yīng)力。得到了套管頭殼體各部分及內(nèi)部懸掛器的應(yīng)力分布狀態(tài)，依據(jù)給出的復(fù)雜應(yīng)力評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)價(jià)，并計(jì)算出不同類(lèi)型套管頭的極限懸掛載荷，為套管頭安全可靠的工作提供了技術(shù)保證。結(jié)果表明，套管頭最終懸掛載荷取決于套管頭殼體自身因素、內(nèi)部懸掛器承

2、受的極限重量和套管自身的強(qiáng)度等三方面的因素。套管頭是套管和井口裝置的重要連接件，是安裝井口防噴裝置的基礎(chǔ)。套管頭連接于表層管，懸掛除表層套管以外的其它套管，承受部分或全部的套管重量，套管頭還密封各層套管的環(huán)形空間，承受套管環(huán)空的壓力，具有重要的使用價(jià)值。開(kāi)展了不同工況條件下套管頭力學(xué)分析，并對(duì)其整體及局部的應(yīng)力進(jìn)行應(yīng)力分析及強(qiáng)度評(píng)價(jià)，得到不同工況下套管頭的極限懸掛載荷。一、整體套管頭力學(xué)分析模型(1)建立有限元模型。根據(jù)套管頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和載荷特性，選擇整個(gè)套管頭為研究對(duì)象，同時(shí)考慮殼體開(kāi)孔對(duì)其應(yīng)力分布的影響、懸掛器螺紋和卡瓦牙在套管重量和內(nèi)部壓力作用下的局部分析，以及內(nèi)部懸掛器與殼體的接觸非線性

3、行為，對(duì)套管頭及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，建立了圖1所示的實(shí)體模型和三維空間非線性有限元模型，以及懸掛器螺紋和卡瓦牙的局部軸對(duì)稱(chēng)模型，見(jiàn)圖2。(2)計(jì)算參數(shù)。載荷：套管頭受自重、內(nèi)壓、螺栓預(yù)緊力、懸掛器及局部懸掛套管作用，而局部套管受到內(nèi)壓和懸掛載荷作用。邊界條件：懸掛器與套管頭殼體接觸面為接觸摩擦邊界，表層套管下端為位移約束。根據(jù)固井工藝及套管頭承受載荷情況，選取最危險(xiǎn)的兩種工況對(duì)套管頭進(jìn)行應(yīng)力分析；一級(jí)坐掛試壓35MPa和二級(jí)坐掛試壓70MPa。二、套管頭復(fù)雜應(yīng)力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)套管頭有限元統(tǒng)一的應(yīng)力評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)套管頭本體及內(nèi)部構(gòu)件進(jìn)行評(píng)定。參照SY/5127-2002標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于套管頭本體的應(yīng)力評(píng)定應(yīng)將套

4、管頭本體的材料分為標(biāo)準(zhǔn)材料和非標(biāo)準(zhǔn)材料。(1)對(duì)于標(biāo)材料承壓裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算按ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范中所敘述的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)許用應(yīng)力應(yīng)按下列準(zhǔn)則限定。Sm2/3sy式中：Sy-材料規(guī)定的最小屈服強(qiáng)度：Sm-額定工作壓力下的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度。(2)同樣采用上述設(shè)計(jì)方法，對(duì)非標(biāo)材料承壓裝置的設(shè)計(jì)需用應(yīng)力應(yīng)按下列準(zhǔn)則限定。Smmin(2/3sv，1/2Su)式中：Su-材料規(guī)定的最小抗拉強(qiáng)度。(3)參照ASME鍋爐和壓力容器對(duì)復(fù)雜應(yīng)力下強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)套管頭懸掛器進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)定?？紤]擠壓的懸掛器主體的局部應(yīng)力分布。SmSy(4)考慮懸掛器螺紋牙、卡瓦牙與套管間的局部屈服應(yīng)力二次分布。Smmin(2Sy，

5、Su)三、套管頭應(yīng)力分析及強(qiáng)度評(píng)價(jià)(1)套管頭應(yīng)力分析。根據(jù)GB/T9253.2-1999，確定出與本次計(jì)算相關(guān)的材料參數(shù)。以雙級(jí)分體式套管頭(一級(jí)芯軸坐掛、二級(jí)卡瓦坐掛)為例進(jìn)行計(jì)算，其余類(lèi)型套管頭計(jì)算方法與之相同。根據(jù)所建立的有限元模型，計(jì)算兩種危險(xiǎn)工況下套管頭的應(yīng)力。圖3-圖4給出工況1條件下的整體套管頭及懸掛器螺紋的應(yīng)力分布，各工況下主要部件的最大應(yīng)力和強(qiáng)度評(píng)價(jià)結(jié)果。分析表明，在工況1條件下，芯軸懸掛器應(yīng)力分布范圍為45.5-394MPa，最大應(yīng)力值發(fā)生在芯軸懸掛器與技術(shù)套管作用的接觸面上，其值為394MPa，屬于擠壓應(yīng)力，滿足強(qiáng)度要求St<1.5S。S344，S代表許用應(yīng)力，M

6、Pa。密封墊片應(yīng)力分布范圍為14.5-201MPa，最大應(yīng)力值發(fā)生在本體與墊片作用的接觸面上，其值為201MPa，屬于擠壓應(yīng)力，滿足強(qiáng)度要求，St<1.5s。其余各部件最大應(yīng)力值小于許用應(yīng)力，即滿足強(qiáng)度要求，Sr<S。芯軸螺紋牙的最大部件最大應(yīng)力為584MPa大于其屈服應(yīng)力，但是其發(fā)生彈塑變形區(qū)域小于承載面的1/3，滿足強(qiáng)度要求。在工況2條件下，卡瓦懸掛器應(yīng)力分布范圍為14.6-483MPa，最大應(yīng)力值發(fā)生在卡瓦牙與油層套管作用的接觸面上，其值為483MPa，屬于擠壓應(yīng)力，滿足強(qiáng)度要求，Sr<1.5S。墊片應(yīng)力分布范圍為27.8-169MPa，最大應(yīng)力值發(fā)生在本體與墊片作用的

7、接觸面上，其值為169MPa，屬于擠壓應(yīng)力，滿足強(qiáng)度要求，St<1.5s。其余各部件最大應(yīng)力值小于許用應(yīng)力，即滿足強(qiáng)度要求St<S。其余類(lèi)型套管頭計(jì)算方法與之相同，由計(jì)算結(jié)果可知，雙級(jí)套管頭在內(nèi)部懸掛器與套管頭殼體相接觸部位應(yīng)力最大、最薄弱，與表層套管相接處支撐部位應(yīng)力值次大，在進(jìn)行套管頭設(shè)計(jì)和試壓時(shí)，應(yīng)著重關(guān)注此部位；單級(jí)套管頭在與表層套管相接處支撐部位應(yīng)力值最大、最薄弱，在內(nèi)部懸掛器與套管殼體相接觸部位次大。(2)套管頭懸掛參數(shù)的設(shè)計(jì)。為了確定不同形式套管在不同懸掛套管重量下的安全性，分別計(jì)算了各種套管頭結(jié)構(gòu)在給定套管內(nèi)壓、懸掛不同套管重量下的安全性，計(jì)算出不同套管頭的極限懸掛

8、載荷。以雙級(jí)分體式套管頭(一級(jí)芯軸坐掛、二級(jí)卡瓦坐掛)為例進(jìn)行計(jì)算，得到整體套管頭及懸掛器螺紋、卡瓦牙在極限載荷作用下的應(yīng)力分布情況。在極限載荷作用下雙級(jí)分體套管頭滿足強(qiáng)度要求；套管頭的本體二級(jí)懸掛器懸掛座處的最大應(yīng)力達(dá)到342MPa，接近許用應(yīng)力強(qiáng)度344MPa，因此此處為套管頭本體的最危險(xiǎn)截面。但是實(shí)際在工作中，套管頭懸掛載荷的多少，除和套管頭自身的懸掛能力有關(guān)外，還和所懸掛套管的強(qiáng)度有關(guān)。因此套管頭的極限懸掛載荷應(yīng)該結(jié)合不同套管綜合考慮。采用相同的計(jì)算方法，得到不同套管頭懸掛不同套管極限懸掛載荷。結(jié)果表明，套管頭最終懸掛載荷取決于三方面因素：一是套管頭殼體自身因素。二是內(nèi)部懸掛器承受的極限重量，取決于卡瓦懸牙和芯軸懸掛器螺紋牙。三是套管自身的強(qiáng)度，包括套管連接的絲扣強(qiáng)度和套管本體的屈服強(qiáng)度。四、結(jié)束語(yǔ)建立了整體套管頭的三維有限元模型及螺紋牙、卡瓦牙的軸對(duì)稱(chēng)模型。結(jié)果表明，套管頭內(nèi)部懸掛器與套管頭殼體相接觸部位及與表層套管相接處支撐部位應(yīng)力值較大，較薄弱，但均滿足強(qiáng)度要求。通過(guò)對(duì)套管頭極限懸掛載荷的計(jì)算可知，對(duì)于雙級(jí)分體套管頭，一級(jí)懸掛最重270t，二級(jí)懸掛最重228t；對(duì)于雙級(jí)整體式套管頭，一級(jí)懸掛最重250t，二級(jí)懸掛最重280t，單級(jí)套管頭最大懸掛92t，極限懸掛與懸掛器類(lèi)型無(wú)關(guān)。參考文獻(xiàn)：1.劉揚(yáng)，陳琳，陳國(guó)華，套管頭