API 5C5 A系标准下石油套管楔形螺纹连接的有限元分析

1、 算例分析背景

油套管是石油行业必备的战略物资，是连通地下油藏与地面的通道，油套管在服役过程中承受高的内压、外压、拉伸、压缩、高温等复杂载荷，因此油套管的安全性对油田的安全高效开发至关重要；油套管是由螺纹连接一根根连接而成，因此为了保证油套管的安全性，API 发布了对应的评价测试标准API 5C5，因此在楔形扣的设计开发过程中对楔形螺纹连接利用Abaqus软件进行了有限元仿真计算。

2、 模型建立

由于设计开发的螺纹为带锥度的楔形螺纹，螺纹锥度1/16，因此为了降低计算量，将模型简化为轴对称模型进行分析计算。分别将螺纹连接公母端导入模型如下图所示：

母端结构

公端结构

3、 材料属性设计

材料选用API 5CT规范规定P110钢级材料，分别设置弹性模量和泊松比，并且设置P110材质在不同温度下的屈服强度。

4、 网格划分

根据需要不同位置处设置不同密度网格，对螺纹部分重点进行网格加密。

网格单元选用默认轴对称网格，有限推荐选用四边形网格。

5、 分析步

分析步共分为两步，第一步为螺纹连接上卸扣计算，第二步为API 5C5载荷步分析计算，第二部共分为18步载荷，需要根据载荷时间调整输出时间节点和内容。

6、 接触设置

根据计算需要选择对应的接触位置，设置面对面接触，接触方式节点对面设置，

7、 边界与载荷条件

根据计算需要在不同载荷步施加内压、外压、拉伸、压缩等载荷，具体载荷大小和载荷施加时间参考API 5C5评价试验标准。

试样得底部施加Y方向的约束，试样的顶部施加拉伸、压缩载荷。

8、 计算

根据计算需要，采用4核心进行并行计算，计算结果如下图所示：

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