[发明专利]用于评估螺纹连接器的疲劳性能的应力放大因数分析方法

说明书

公开一种用于表征诸如两个管状构件、例如油气回收领域中采用的套管段之间的螺纹耦合的计算机实现方法。在一个实施例中，生成耦合的虚拟模型，并且重新排列虚拟模型，以模拟耦合的至少部分的塑性变形。分析重新排列的模型，以得出经受后续负荷的耦合的应力/应变分布，以及SAF(应力放大因数)从反映耦合的循环负荷的效应的分析来确定。该方法促进处于疲劳的耦合的性能的彻底评估。

相关申请

本申请要求2013年11月6日提交的标题为“Stress Amplification FactorAnalysis Methodology for Assessing Fatigue Performance of ThreadedConnectors”的美国临时专利申请No. 61/900849的优先权益，通过引用将其完整地结合到本文中。

技术领域

本发明一般涉及例如两个管状构件、例如油气回收领域中采用的套管段之间的螺纹耦合。具体来说，本公开涉及按照经受各种循环负荷条件的螺纹耦合的预计疲劳性能的螺纹耦合的表征和评估。

背景技术

多种井筒操作包括诸如管道、钻柱、提升管段、套管段等的相邻管状构件的连接。在管状构件之间建立的接头的一部分包括在管状构件之一上限定的螺纹销连接器，其与另一个管状构件的螺纹套连接器接合。形成销和套连接器的螺纹剖面常常直接切割到管状构件的基底金属中。因此，螺纹剖面的截面积小于管状构件的柄部或管道部分的截面积，并且因此连接在结构上比管道部分要弱。

为了评估特定目的的管状构件的适合性，操作员常常考虑管状构件之间的连接的应力放大因数(SAF)。SAF用来考虑在管状构件中发生的几何应力放大器所引起的应力的增加，并且等于管状构件中的局部峰值应力除以管状构件的管壁段中的标称应力。有限元分析(FEA)技术用来识别和量化纯弹性负荷条件下的连接器中的局部峰值交变应力，以及局部峰值应力然后用来计算管状构件的SAF。供应商将常常提供SAF的这个单值，以用于表征管状构件，例如帮助用户评估设计对另一种设计的相对适合性。

但是，油田中的设备极少被加负荷并且工作在纯弹性条件下。管状构件例行地加负荷到引起连接器中的塑性变形的应力级别。塑性变形改变管状构件的几何结构，并且可改变管状构件在后续使用期间遇到的峰值应力的位置和幅值。由于管状构件定期地多次连接和断开并且随时间再使用，所以初始FEA分析和所产生的SAF随时间变成与管状构件的预计性能不太相干。鉴于以上所述，发明人认识到对提供管状构件的综合分析以评估现实操作条件下的管状构件的预计性能的方法的需要。

发明内容

描述用于评估经受循环负荷条件的管状连接的性能(其反映与管状连接的塑性变形关联的管状连接中的应力的重新分布)的方法和系统。方法的实施例采用FEA和其他计算机辅助技术。

按照本发明的一个方面，一种表征第一和第二管状构件(其通过分别在其上所限定的螺纹销连接器和螺纹套连接器是相互可连接的)的操作性能的计算机实现方法包括下列步骤：(a)由计算机接收通过螺纹销连接器和螺纹套连接器相互连接的第一和第二管状构件的虚拟模型；(b)由计算机对虚拟模型施加至少一个第一模拟力，至少一个第一模拟力足以引起虚拟模型的第一和第二管状构件的至少一个中的模拟塑性变形；(c)由计算机从虚拟模型解除至少一个第一模拟力，使得虚拟模型的几何结构的一部分通过塑性变形而重新排列；(d)由计算机对虚拟模型施加至少一个第二模拟力；以及(e)由计算机识别通过至少一个第二模拟力所引起的虚拟模型中的至少一个峰值应力。