Finite-element analysis of the tubing thread

Cycles of underground gas storage filling and unfilling imply axial loading and internal pressure to tubing thread with dynamic loading in the dangerous planes. The stress - deformation state of coupling with three levels of axial elongation resulted of screwing and external tension loading is presented. The amplitude - frequency descriptions of coupling and tubing screwed together are reached by the harmonic analysis of contact pressure vibrations. The action of vibrations can result in big reduction of contact stresses in tubing coupling thread connection. The computer finite-element axissymmetrical model of the tubing couplings has been developed. The first proper charge frequency is the most dangerous from point of view fatigue destruction of coupling in the critical plane of coupling (the first working pitch thread of pin and the last working pitch thread of box). The most dangerous frequencies of such coupling are the first and third proper charge frequency. Screwing together coupling results in smoothing amplitudes of contact pressure on the working sides of threads.

Podczas cykli napełniania i pobierania gazu z magazynu podziemnego następuje dynamiczne obciążenie siłą osiową i ciśnieniem wewnętrznym połączeń gwintowych rur wydobywczych w płaszczyznach przekrojów krytycznych. W artykule przedstawiono stan naprężeń i odkształceń złączki przy trzech poziomach wydłużenia osiowego spowodowanego skręceniem i zewnętrznym obciążeniem osiowym. Charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowe skręconych ze sobą złączek i rur wydobywczych uzyskuje się za pomocą analizy harmonicznej drgań naprężeń stykowych. Działanie wibracji może powodować duże zmniejszenie naprężeń stykowych w gwintowym połączeniu złączkowym rur wydobywczych. Opracowano komputerowy osiowosymetryczny model metodą elementów skończonych złączek rur wydobywczych. Pierwsza częstotliwość drgań własnych jest najbardziej niebezpieczna z punktu widzenia zniszczenia zmęczeniowego połączenia w krytycznym przekroju złączki (pierwszy zwój o pełnym zazębieniu gwintu czopa oraz ostatni zwój o pełnym zazębieniu gwintu mufy). Niebezpieczne częstotliwości drgań takiej złączki to pierwsza i trzecia częstotliwość drgań własnych. Skuteczne skręcenie połączenia powoduje wygładzenie amplitud drgań naprężeń stykowych na obciążonych graniach zwojów gwintu.