一种螺纹接头性能评估方法、系统、设备及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种螺纹接头性能评估方法、系统、设备及介质，方法包括：分别确定J2

【技术实现步骤摘要】
一种螺纹接头性能评估方法、系统、设备及存储介质


[0001]本专利技术属于油井管特殊螺纹接头性能评估
，特别涉及一种螺纹接头性能评估方法、系统、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]随着石油天然气资源勘探开发的不断深入，油气井趋向于井深更深、压力更大，油井管柱的服役条件日益恶劣；由大量螺纹接头连接而成的管柱压力系统，在拉伸、压缩、内压及外压等复合载荷循环作用下，其结构与密封完整性面临巨大挑战；其中，螺纹接头是管柱完整性系统的最薄弱环节，其泄漏、脱扣、断裂等失效行为高概率发生；资料表明，近年复杂深井油井管柱失效概率介于10％
‑
20％，超过60％的管柱失效发生在螺纹接头部位；用于高压深井的特殊螺纹接头在油气井增产作业和长期生产过程中受到更加复杂的轴向拉压循环载荷、内外压循环压强等复杂载荷作用的影响，加剧了油井管螺纹接头部位的结构与密封失效问题；因此，亟需揭示严苛服役环境下油井管特殊螺纹接头变形规律，为预测评估油井管螺纹接头服役安全性提供依据。
[0003]现有的油井管螺纹接头性能评估主要根据ISO13679标准，开展全尺寸循环载荷试验予以考虑，虽然评估过程可靠性高；但是试验周期长、花费高，且实物试验过程接头密封接触等参数检测困难，无法认清接头服役性能演化机理，基于实验认识不足以指导螺纹接头设计、制造与使用维护程序的优化。
[0004]目前，基于有限元方法的油井管螺纹接头性能评估方法作为实物实验的有益补充，已经纳入了ISO13679标准的附录，发挥对螺纹接头性能的预评估作用；但是目前的油井管螺纹接头有限元评估方法未考虑热轧油井管材料的显著各项异性，对井下服役过程中承受循环复合载荷条件下的金属材料正向硬化、反向软化等行为未予准确描述，严重影响螺纹接头有限元评估的精确度。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种螺纹接头性能评估方法、系统、设备及介质，以解决现有的油井管螺纹接头性能评估方法无法认清螺纹接头服役性能演化激励，评估精确度较低的技术问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]本专利技术提供了一种螺纹接头性能评估方法，包括以下步骤：
[0008]根据待评估螺纹接头材料的C
‑
B J2
‑
J3各向异性屈服准则，确定J2
‑
J3各向异性模型；根据待评估螺纹接头材料的包辛格效应，确定A
‑
F随动强化模型；
[0009]根据弹塑性流动法则，基于向前欧拉显式积分算法，利用J2
‑
J3各向异性模型与A
‑
F随动强化模型，构建得到各向异性随动弹塑性强化本构模型；
[0010]基于各向异性随动弹塑性强化本构模型，建立待评估螺纹接头的有限元分析模型；
[0011]根据待评估螺纹接头的实际服役工况条件，利用待评估螺纹接头的有限元分析模型，通过弹塑性有限元数值模拟，计算得到所述螺纹接头性能评估结果。
[0012]进一步的，根据待评估螺纹接头材料的C
‑
B J2
‑
J3各向异性屈服准则，确定J2
‑
J3各向异性模型的过程中，采用基于待评估螺纹接头的材料真实组织信息，建立待评估螺纹接头的三维代表体积单元模型，结合位错物理滑移机制的晶体塑性有限元法，得到J2
‑
J3各向异性模型的动态演化参数。
[0013]进一步的，采用基于待评估螺纹接头的材料真实组织信息，建立待评估螺纹接头的三维代表体积单元模型，结合位错物理滑移机制的晶体塑性有限元法，得到J2
‑
J3各向异性模型的动态演化参数的过程，具体如下：
[0014]基于待评估螺纹接头的材料真实组织信息，建立待评估螺纹接头的三维代表体积单元模型；
[0015]结合位错物理滑移机制的晶体塑形有限元法，对待评估螺纹接头的三维代表体积单元模型，施加预设的不同变形模式；其中，对位错物理滑移机制的晶体塑形有限元法施加不同的边界条件，得到预设的不同变形模式下，应力响应与不均匀变形之间的关系；
[0016]利用平方差最小优化函数，对预设的不同变形模式下，应力响应与不均匀变形之间的关系进行分析处理，得到所述的J2
‑
J3各向异性模型的动态演化参数；
[0017]其中，预设的不同变形模式包括不同应变速率及变形量条件下的单向拉伸、单向压缩、纯剪切及平面应变。
[0018]进一步的，根据待评估螺纹接头材料的包辛格效应，确定A
‑
F随动强化模型的过程中，通过循环加载力学试验，获取待评估螺纹接头的材料包辛格效应参数，即得到所述A
‑
F随动强化模型的动态演化参数。
[0019]进一步的，通过循环加载力学试验，获取待评估螺纹接头的材料包辛格效应参数的过程中，循环加载力学试验的具体过程如下：
[0020]对待评估螺纹接头进行预拉变形，至变形量达到0.7％时卸载；
[0021]对预拉变形后的待评估螺纹接头进行正向加载，至变形量达到1.4％时卸载；
[0022]对正向加载后的待评估螺纹接头进行反向加载，至屈服结束。
[0023]进一步的，J2
‑
J3各向异性模型如下：
[0024][0025][0026][0027]其中，f(σ)为J2
‑
J3各向异性模型；J2为剪切屈服应力项中的偏应力张量第二不变量；J3为剪切屈服应力项中的偏应力张量第三不变量；为参考屈服应力；a
i
,i＝1,2
…
10
为10个各向异性参数；
[0028]A
‑
F随动强化模型中，背应力的演化方程如下：
[0029][0030]其中，α为背应力，即后继屈服面相对初始屈服面构成的矢量；dε
P
为塑性应变增量；dε
‑
P
为等效塑性应变增量；C与γ均为材料常数；ε
P
为塑性应变；ε
‑
P
为等效塑性应变。
[0031]进一步的，根据待评估螺纹接头的实际服役工况条件，利用待评估螺纹接头的有限元分析模型，通过弹塑性有限元数值模拟，计算得到所述螺纹接头性能评估结果的过程中，利用允许荷载条件范围内的变形量及密封接触强度作为评估条件，得到所述螺纹接头性能评估结果；
[0032]其中，允许荷载条件范围内的变形量Δε小于等于0.1；
[0033]密封接触强度定义为密封面接触应力在有效接触长度上的积分，即满足：
[0034]F
s
＝∫σ
c
dx>200N/mm
[0035]其中，F
s
为密封接触强度；σ
c
为密封面接触应力。
[0036]本专利技术还提供了一种螺纹接头性能评估系统，包括：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种螺纹接头性能评估方法，其特征在于，包括以下步骤：根据待评估螺纹接头材料的C
‑
B J2
‑
J3各向异性屈服准则，确定J2
‑
J3各向异性模型；根据待评估螺纹接头材料的包辛格效应，确定A
‑
F随动强化模型；根据弹塑性流动法则，基于向前欧拉显式积分算法，利用J2
‑
J3各向异性模型与A
‑
F随动强化模型，构建得到各向异性随动弹塑性强化本构模型；基于各向异性随动弹塑性强化本构模型，建立待评估螺纹接头的有限元分析模型；根据待评估螺纹接头的实际服役工况条件，利用待评估螺纹接头的有限元分析模型，通过弹塑性有限元数值模拟，计算得到所述螺纹接头性能评估结果。2.根据权利要求1所述的一种螺纹接头性能评估方法，其特征在于，根据待评估螺纹接头材料的C
‑
B J2
‑
J3各向异性屈服准则，确定J2
‑
J3各向异性模型的过程中，采用基于待评估螺纹接头的材料真实组织信息，建立待评估螺纹接头的三维代表体积单元模型，结合位错物理滑移机制的晶体塑性有限元法，得到J2
‑
J3各向异性模型的动态演化参数。3.根据权利要求2所述的一种螺纹接头性能评估方法，其特征在于，采用基于待评估螺纹接头的材料真实组织信息，建立待评估螺纹接头的三维代表体积单元模型，结合位错物理滑移机制的晶体塑性有限元法，得到J2
‑
J3各向异性模型的动态演化参数的过程，具体如下：基于待评估螺纹接头的材料真实组织信息，建立待评估螺纹接头的三维代表体积单元模型；结合位错物理滑移机制的晶体塑形有限元法，对待评估螺纹接头的三维代表体积单元模型，施加预设的不同变形模式；其中，对位错物理滑移机制的晶体塑形有限元法施加不同的边界条件，得到预设的不同变形模式下，应力响应与不均匀变形之间的关系；利用平方差最小优化函数，对预设的不同变形模式下，应力响应与不均匀变形之间的关系进行分析处理，得到所述的J2
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J3各向异性模型的动态演化参数；其中，预设的不同变形模式包括不同应变速率及变形量条件下的单向拉伸、单向压缩、纯剪切及平面应变。4.根据权利要求1所述的一种螺纹接头性能评估方法，其特征在于，根据待评估螺纹接头材料的包辛格效应，确定A
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F随动强化模型的过程中，通过循环加载力学试验，获取待评估螺纹接头的材料包辛格效应参数，即得到所述A
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F随动强化模型的动态演化参数。5.根据权利要求4所述的一种螺纹接头性能评估方法，其特征在于，通过循环加载力学试验，获取待评估螺纹接头的材料包辛格效应参数的过程中，循环加载力学试验的具体过程如下：对待评估螺纹接头进行预拉变形，至变形量达到0.7％时卸载；对预拉变形后的待评估螺纹接头进行正向加载，至变形量达到1.4％时卸载；对正向加载后的待评估螺纹接头进行反向加载，至屈...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，冯春，马勇，李宏伟，吉楠，周均元，拜小凤，
申请(专利权)人：中国石油集团工程材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：