套管钻井技术因其巨大优越性得到广泛应用,然而,套管钻井所用的螺纹承扭能力是制约其发展的关键因素之一。扭矩环安装在套管接箍中间,能够提升套管钻井螺纹的承扭能力。本文以带扭矩环的套管钻井BTC螺纹为研究对象,对其连接强度及密封性能进行研究。通过分析其结构明确了上扣扭矩组成部分。基于厚壁圆筒力学,径向和侧向变形协调关系和螺纹扭转力学,法尔公式和接触力学,最终建立了包含径向过盈扭矩、承载面摩擦扭矩、扭矩环台肩扭矩的带扭矩环套管BTC螺纹上扣扭矩理论计算模型。理论计算表明:扭矩环台肩扭矩是上扣扭矩提升的主要来源。基于API推荐的套管连接螺纹连接强度理论,考虑扭矩环台肩预紧力作用,建立了轴力载荷下的连接强度模型。运用有限元法研究了其3D模型的连接强度,分析了不同载荷下螺纹牙应力分布、变形特点。结果表明:扭矩环通过消减载荷作用下公扣小端后3个螺纹牙应力集中水平,提升中间螺纹牙上承载面、导向面以及公扣齿根面上的平均应力,进而增强螺纹连接强度。基于API推荐的套管连接螺纹密封性能评价理论和传统泄漏率模型,考虑扭矩环台肩面粗糙度,建立了扭矩载荷下的密封性能评价理论。运用有限元法研究了其2D模型的密封性能,分析了上扣扭矩和不同渗透压力作用下应力分布、变形特点。结果表明:扭矩环通过载荷作用下与公扣螺纹小端端面间的接触压力提高其密封性能。基于全尺寸螺纹连接性能实验和材料力学测试,开展了7英寸钢级为L80-1的带扭矩环的套管钻井BTC螺纹上扣扭矩、清水试压、上扣卸扣实验。结果表明:上扣扭矩计算理论模型误差范围内相对正确,加装扭矩环的套管钻井用螺纹的上扣扭矩可在保证连接强度和密封性能的前提下,由原来10.84k N·m最大可提升至43.76k N·m。本文的研究工作对扭矩环的设计和带扭矩环的套管钻井螺纹连接强度和密封性能评价提供理论依据,对套管钻井或旋转下套管用螺纹的连接性能提升,进一步实现经济性更高的套管钻井或旋转下套管工程作业具有一定的指导意义。