为了优化套管锻铣工具结构,对活塞及刀体等核心机构的作用力传递关系进行充分分析,采用理论计算及有限元仿真两种计算方法,建立了活塞推力与单翼刀体和套管之间接触力的定量关系公式,并分析了活塞推力对套管局部屈服的影响。结果表明,随着活塞上的压力不断增加,接触反力和施加的活塞推力是线性关系,两者比值约为13,并且活塞推力对套管材料局部屈服的影响并不明显,在套管锻铣工具设计中,优先选择合适的节流喷嘴,使产生的活塞载荷能够确保工具在套管上不打滑即可,然后在转矩和钻压作用下,刀体就可切削套管。该研究为套管锻铣工具后续节流喷嘴尺寸的选择、工具施工参数的优选提供了理论依据。

油套管特殊螺纹主要通过金属对金属的径向过盈主密封结构保证油套管连接的气密封性能。针对特殊螺纹密封性能开展数值模拟评价研究,并提出优化特殊螺纹气密封结构的方法。首先建立了特殊螺纹锥面对锥面密封结构的数值仿真模型,研究了等锥面密封结构和非等锥面的密封面上接触应力分布关系,研究发现,若采用非等锥线性密封结构的密封接头,能够有效改善特殊螺纹密封面上接触不协调现象,改善密封面上接触应力的分布;其次,建立了特殊螺纹球面对锥面密封结构的数值仿真模型,引入密封接触能理论,研究了不同椭圆度下的球面密封结构密封面上接触应力分布关系,并给出特殊螺纹球面密封椭圆度的最佳取值范围。研究结果可以为提高特殊螺纹抗泄漏能力提供理论依据,为特殊螺纹密封结构的研发提供思路借鉴。