專利名稱：油套管螺紋接頭建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油套管螺紋接頭建模方法。
技術(shù)背景
石油工業(yè)用油套管是石油、天然氣勘探等開發(fā)中的必須的裝備，并利用螺紋接頭在井下連接成管柱。在油套管接頭設(shè)計過程中經(jīng)常要進(jìn)行接頭的建模和網(wǎng)格劃分，而建模過程是有限元模擬中最費(fèi)事、最關(guān)鍵的一步。油套管螺紋接頭有限元分析過程中螺紋結(jié)構(gòu)部分由于形狀變化復(fù)雜，目前還都使用人工方法建模。由于目前技術(shù)未能實(shí)現(xiàn)有限元分析過程的自動建模，使得每次更改接頭的螺紋或氣密封結(jié)構(gòu)形狀或尺寸后都要人工再次建模，費(fèi)事費(fèi)力。且人工建模方法不能適用于蒙特卡洛方法進(jìn)行變參數(shù)條件下接頭性能的可靠度分析，或優(yōu)化設(shè)計。有必要建立一個自動建模方法，便于實(shí)現(xiàn)油井管管柱井下服役條件下的可靠度分析，也可應(yīng)用于特殊接頭的優(yōu)化設(shè)計。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種油套管螺紋接頭建模方法，實(shí)現(xiàn)油套管螺紋接頭的自動設(shè)計及可靠性分析。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種油套管螺紋接頭建模方法，包括如下步驟
獲得所述接頭的外螺紋初始幾何參數(shù)；
獲得所述接頭的外螺紋輔助面參數(shù)；
根據(jù)所述外螺紋初始幾何參數(shù)和所述外螺紋輔助面參數(shù)，獲得所述外螺紋幾何模型；
獲得所述接頭的內(nèi)螺紋初始幾何參數(shù)；
獲得所述接頭的內(nèi)螺紋輔助面參數(shù)；
根據(jù)所述內(nèi)螺紋初始幾何參數(shù)和所述內(nèi)螺紋輔助面參數(shù)，獲得所述內(nèi)螺紋幾何模型；
根據(jù)所述外螺紋幾何模型和所述內(nèi)螺紋幾何模型，組合形成接頭參數(shù)，由程序自動生成接頭幾何模型；
將所述接頭幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，獲得有限元模型。
上述方案中，所述獲得所述接頭的外螺紋初始幾何參數(shù)包括
獲得所述接頭的外螺紋結(jié)構(gòu)邊線；
獲得所述接頭的外密封結(jié)構(gòu)邊線；
根據(jù)所述外螺紋結(jié)構(gòu)邊線和所述外密封結(jié)構(gòu)邊線，獲得所述接頭的外螺紋初始幾何參數(shù)。
上述方案中，所述獲得所述接頭的內(nèi)螺紋初始幾何參數(shù)包括
獲得所述接頭的內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)邊線；
獲得所述接頭的內(nèi)密封結(jié)構(gòu)邊線；
根據(jù)所述內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)邊線和所述內(nèi)密封結(jié)構(gòu)邊線，獲得所述接頭的內(nèi)螺紋初始幾何參數(shù)。
上述方案中，所述根據(jù)所述外螺紋初始幾何參數(shù)和所述外螺紋輔助面參數(shù)，獲得所述外螺紋幾何模型包括
將所述外螺紋初始幾何參數(shù)與所述外螺紋輔助面參數(shù)進(jìn)行布爾邏輯運(yùn)算，獲得所述外螺紋幾何模型。
上述方案中，所述根據(jù)所述內(nèi)螺紋初始幾何參數(shù)和所述內(nèi)螺紋輔助面參數(shù)，獲得所述內(nèi)螺紋幾何模型包括
將所述內(nèi)螺紋初始幾何參數(shù)與所述內(nèi)螺紋輔助面參數(shù)進(jìn)行布爾邏輯運(yùn)算，獲得所述內(nèi)螺紋幾何模型。
上述方案中，所述將所述接頭幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，獲得有限元模型包括
將所述接頭幾何模型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分和生成接觸單元后，自動對有限元模型施加載荷及約束條件，以用于計算分析。
上述方案中，所述布爾邏輯運(yùn)算為布爾加和/或裁剪運(yùn)算。
與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，本發(fā)明采用的技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果如下
本發(fā)明提供的油套管螺紋接頭建模方法，通過獲得外螺紋幾何模型和內(nèi)螺紋幾何模型信息，并組合形成接頭幾何模型后，按照有限元軟件自動建立有限元網(wǎng)格模型，實(shí)現(xiàn)進(jìn)行油套管螺紋接頭的自動設(shè)計及可靠性分析。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的油套管螺紋接頭建模方法流程圖2為本發(fā)明實(shí)施例的油套管螺紋接頭建模過程示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。
如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種油套管螺紋接頭建模方法，包括如下步驟
S 100 獲得所述接頭的參數(shù)信息；
其中，所述接頭的參數(shù)信息可以包括油套管螺紋接頭的管體外徑、壁厚、接箍外徑及長度、錐度、螺距、中徑、齒高、牙型角及各個倒角半徑、載荷等參數(shù)信息。
SllO 獲得所述接頭的外螺紋初始幾何參數(shù)；
其中，獲得所述接頭的外螺紋初始幾何參數(shù)具體包括根據(jù)接頭的參數(shù)信息獲得所述接頭的外螺紋結(jié)構(gòu)邊線、獲得所述接頭的外密封結(jié)構(gòu)邊線；并根據(jù)所述外螺紋結(jié)構(gòu)邊線和所述外密封結(jié)構(gòu)邊線，獲得所述接頭的外螺紋初始幾何參數(shù)。
S120 獲得所述接頭的外螺紋輔助面參數(shù)；
S130 根據(jù)所述外螺紋初始幾何參數(shù)和所述外螺紋輔助面參數(shù)，獲得所述外螺紋幾何模型；
其中，根據(jù)所述外螺紋初始幾何參數(shù)和所述外螺紋輔助面參數(shù)，獲得所述外螺紋幾何模型具體包括將所述外螺紋初始幾何參數(shù)與所述外螺紋輔助面參數(shù)進(jìn)行布爾邏輯運(yùn)算，獲得所述外螺紋幾何模型。進(jìn)一步的，所述的布爾邏輯運(yùn)算具體為布爾加和/或裁剪運(yùn)算。
S140 獲得所述接頭的內(nèi)螺紋初始幾何參數(shù)；
其中，獲得所述接頭的內(nèi)螺紋初始幾何參數(shù)具體包括根據(jù)所述接頭的參數(shù)信息獲得所述接頭的內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)邊線、獲得所述接頭的內(nèi)密封結(jié)構(gòu)邊線；并根據(jù)所述內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)邊線和所述內(nèi)密封結(jié)構(gòu)邊線，獲得所述接頭的內(nèi)螺紋初始幾何參數(shù)。
S150 獲得所述接頭的內(nèi)螺紋輔助面參數(shù)；
S160:根據(jù)所述內(nèi)螺紋初始幾何參數(shù)和所述內(nèi)螺紋輔助面參數(shù)，獲得所述內(nèi)螺紋幾何模型；
其中，根據(jù)所述內(nèi)螺紋初始幾何參數(shù)和所述內(nèi)螺紋輔助面參數(shù)，獲得所述內(nèi)螺紋幾何模型具體包括將所述內(nèi)螺紋初始幾何參數(shù)與所述內(nèi)螺紋輔助面參數(shù)進(jìn)行布爾邏輯運(yùn)算，獲得所述內(nèi)螺紋幾何模型，進(jìn)一步的，所述的布爾邏輯運(yùn)算具體為布爾加和/或裁剪運(yùn)算。
S170 根據(jù)所述外螺紋幾何模型和所述內(nèi)螺紋幾何模型，組合形成接頭參數(shù)，由程序自動生成接頭幾何模型；
S180 將所述接頭幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，獲得有限元模型。
其中，將所述接頭幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，獲得有限元模型具體包括將所述接頭幾何模型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分和生成接觸單元后，自動對有限元模型施加載荷及約束條件，以用于加載計算分析。
下面結(jié)合附圖1和附圖2具體描述油套管螺紋接頭建模過程。具體而言
如附圖2所示，獲得所述接頭的內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)邊線1和內(nèi)密封結(jié)構(gòu)邊線2 ；獲得所述接頭的外螺紋結(jié)構(gòu)邊線3和外密封結(jié)構(gòu)邊線4 ；并生成內(nèi)螺紋初始模型5和外螺紋初始模型6，然后分別設(shè)置內(nèi)螺紋輔助面7和外螺紋輔助面8，進(jìn)一步的控制內(nèi)螺紋輔助面7和外螺紋輔助面8到適當(dāng)位置，分別與內(nèi)螺紋初始模型5和外螺紋初始模型6進(jìn)行布爾加運(yùn)算， 可得到內(nèi)螺紋面9和外螺紋面10，并將內(nèi)螺紋面9和外螺紋面10進(jìn)行組合即可得到接頭模型11，進(jìn)一步的劃分網(wǎng)格得到有限元模型12后，即可進(jìn)行加載計算分析。
本發(fā)明所針對的油套管螺紋接頭主要包括兩種螺紋:API偏梯形螺紋和氣密封特殊螺紋接頭，下面分別針對這兩種螺紋進(jìn)行說明。
針對API偏梯形螺紋，使用本發(fā)明提供的的油套管螺紋接頭建模方法可按下述步驟實(shí)施首先輸入接頭的管體外徑、壁厚、接箍外徑及長度、錐度、螺距、中徑、齒高、牙型角及各個倒角半徑、載荷等參數(shù)，由系統(tǒng)依次生成螺紋線、邊緣性，然后生成螺紋初始模型和輔助面，軟件系統(tǒng)對螺紋初始模型和輔助面進(jìn)行布爾裁剪運(yùn)算，生成螺紋模型，組合后即可進(jìn)行網(wǎng)格劃分和生成接觸單元。系統(tǒng)自動對模型施加載荷及約束條件，即可進(jìn)行分析。
針對氣密封特殊螺紋接頭，使用本發(fā)明提供的油套管螺紋接頭建模方法可按下述步驟實(shí)施首先輸入接頭的管體外徑、壁厚、接箍外徑及長度、錐度、螺距、中徑、齒高、牙型角及各個倒角半徑、密封直徑、密封直徑位置、密封結(jié)構(gòu)長度、載荷等參數(shù)。由系統(tǒng)依次生成螺紋線、邊緣性，然后生成螺紋初始模型和輔助面，軟件系統(tǒng)對螺紋初始模型和輔助面進(jìn)行布爾裁剪運(yùn)算，生成螺紋模型，組合后即可進(jìn)行網(wǎng)格劃分和生成接觸單元。系統(tǒng)自動對模型施加載荷及約束條件，即可進(jìn)行分析。
本發(fā)明提供的自動建模方法，給定了要求參數(shù)后，由有限元軟件自動按要求建立幾何模型和材料模型，并可自動劃分有限元網(wǎng)格模型，用于新型帶錐度油套管接頭的設(shè)計計算及可靠性分析。本發(fā)明便于實(shí)現(xiàn)油井管管柱井下服役條件下的可靠度分析，也可應(yīng)用于特殊接頭的優(yōu)化設(shè)計。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種油套管螺紋接頭建模方法，其特征在于，包括如下步驟 獲得所述接頭的外螺紋初始幾何參數(shù)；獲得所述接頭的外螺紋輔助面參數(shù)；根據(jù)所述外螺紋初始幾何參數(shù)和所述外螺紋輔助面參數(shù)，獲得所述接頭的外螺紋幾何模型；獲得所述接頭的內(nèi)螺紋初始幾何參數(shù)； 獲得所述接頭的內(nèi)螺紋輔助面參數(shù)；根據(jù)所述內(nèi)螺紋初始幾何參數(shù)和所述內(nèi)螺紋輔助面參數(shù)，獲得所述接頭的內(nèi)螺紋幾何模型；根據(jù)所述外螺紋幾何模型和所述內(nèi)螺紋幾何模型，組合形成接頭參數(shù)，由程序自動生成接頭幾何模型；將所述接頭幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，獲得有限元模型。
2.如權(quán)利要求1所述的油套管螺紋接頭建模方法，其特征在于所述獲得所述接頭的外螺紋初始幾何參數(shù)包括獲得所述接頭的外螺紋結(jié)構(gòu)邊線； 獲得所述接頭的外密封結(jié)構(gòu)邊線；根據(jù)所述外螺紋結(jié)構(gòu)邊線和所述外密封結(jié)構(gòu)邊線，獲得所述接頭的外螺紋初始幾何參數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的油套管螺紋接頭建模方法，其特征在于所述獲得所述接頭的內(nèi)螺紋初始幾何參數(shù)包括獲得所述接頭的內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)邊線； 獲得所述接頭的內(nèi)密封結(jié)構(gòu)邊線；根據(jù)所述內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)邊線和所述內(nèi)密封結(jié)構(gòu)邊線，獲得所述接頭的內(nèi)螺紋初始幾何參數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的油套管螺紋接頭建模方法，其特征在于所述根據(jù)所述外螺紋初始幾何參數(shù)和所述外螺紋輔助面參數(shù)，獲得所述外螺紋幾何模型包括將所述外螺紋初始幾何參數(shù)與所述外螺紋輔助面參數(shù)進(jìn)行布爾邏輯運(yùn)算，獲得所述外螺紋幾何模型。
5.如權(quán)利要求1所述的油套管螺紋接頭建模方法，其特征在于所述根據(jù)所述內(nèi)螺紋初始幾何參數(shù)和所述內(nèi)螺紋輔助面參數(shù)，獲得所述內(nèi)螺紋幾何模型包括將所述內(nèi)螺紋初始幾何參數(shù)與所述內(nèi)螺紋輔助面參數(shù)進(jìn)行布爾邏輯運(yùn)算，獲得所述內(nèi)螺紋幾何模型。
6.如權(quán)利要求1所述的油套管螺紋接頭建模方法，其特征在于所述將所述接頭幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，獲得有限元模型包括將所述接頭幾何模型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分和生成接觸單元后，自動對有限元模型施加載荷及約束條件，以用于計算分析。
7.如權(quán)利要求4或5所述的油套管螺紋接頭建模方法，其特征在于所述布爾邏輯運(yùn)算為布爾加和/或裁剪運(yùn)算。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種油套管螺紋接頭建模方法。所述建模方法包括如下步驟獲得接頭的外螺紋初始幾何參數(shù)；獲得接頭的外螺紋輔助面參數(shù)；根據(jù)外螺紋初始幾何參數(shù)和外螺紋輔助面參數(shù)，獲得接頭的外螺紋幾何模型；獲得接頭的內(nèi)螺紋初始幾何參數(shù)；獲得接頭的內(nèi)螺紋輔助面參數(shù)；根據(jù)內(nèi)螺紋初始幾何參數(shù)和內(nèi)螺紋輔助面參數(shù)，獲得接頭的內(nèi)螺紋幾何模型；根據(jù)外螺紋幾何模型和內(nèi)螺紋幾何模型，組合形成接頭參數(shù)，由程序自動組合成接頭幾何模型；將接頭幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，獲得有限元模型。本發(fā)明在給定了要求參數(shù)后，由有限元軟件自動按要求建立幾何模型和材料模型，并可自動劃分有限元網(wǎng)格模型，實(shí)現(xiàn)油套管接頭的自動設(shè)計分析及可靠性分析。
文檔編號G06F17/50GK102567591SQ20121002651
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月7日
發(fā)明者李磊, 王建軍, 王鵬, 申昭熙, 路彩虹 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所