API圆螺纹接头连接强度的影响因素研究

API圆螺纹接头经常发生滑脱失效事故,严重影响了这种接头油套管的应用。为此,利用有限元法研究了API圆螺纹接头发生滑脱失效的过程与机理,同时分析了螺纹参数和上扣扭矩对接头连接强度的影响。通过对17个圆螺纹套管接头试样进行全尺寸试验,对有限元模拟结果进行了验证。试验和计算结果表明,圆螺纹油套管滑脱失效最先发生在啮合大端的第1、第2牙螺纹上,螺纹参数尤其是不匹配的锥度对接头滑脱失效影响很大,同时上扣扭矩也有显著影响。建议将上扣扭矩在API扭矩的基础上再提高(15~20)%,这样有利于接头连接强度的提高。     

SEW J55 钢级LC套管螺纹连接质量影响因素探讨

为了进一步分析SEW J55 LC套管螺纹连接质量的影响因素以及套管发生异常脱扣失效的原因,以Φ139.7 mm×7.72 mm SEW J55 LC套管为例,从套管使用工况、螺纹加工参数、拧接扭矩控制等方面进行了试验研究。结果显示,SEW套管在弯曲状态拉脱试验、螺纹参数极限匹配下拉脱试验的拉脱载荷均高于API TR 5C3标准要求。研究表明,按照内控标准生产加工的SEW套管满足标准要求,弯曲工况、螺纹加工工艺、存放时间和J值均不是套管异常脱扣失效的原因。为提升SEW J55 LC套管螺纹连接质量,预防套管在油田使用中出现异常反拧退扣,建议将拧接扭矩在推荐标准基础上增大10％执行。     

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文章针对目前普遍存在的API圆螺纹套管易于发生滑脱失效的现象，分析了这种套管在拉伸载荷作用下滑脱失效的特点，并通过弹塑性有限元方法研究了各牙螺纹的受力。在此基础上，系统地研究了上扣扭矩对这种套管连接强度的影响，并利用全尺寸试验验证了有限元计算结果的可靠性。研究结果表明，上扣扭矩对圆螺纹套管的连接强度有较大影响，在API推荐扭矩的基础上，适当增大上扣扭矩，将上扣扭矩从API最佳值提高到最佳值的1.5倍，可明显提高圆螺纹套管的连接强度。     

(φ)89mmAPI外加厚油管接头上扣扭矩实验研究

API圆螺纹外加厚油管在油田现场有广泛应用,而其上扣扭矩是决定螺纹接头性能和使用寿命的核心因素.文章针对(φ)89mm P110钢级API圆螺纹外加厚油管,实验研究在使用75％、100％和125％ API 5C1推荐扭矩值上扣时油管接头的拉伸性能和抗内压性能.实验结果显示,采用上述不同扭矩上扣,最终油管拉伸性能和抗内压性能未受影响.建议油田现场对API外加厚油管采用低于API5C1推荐值的扭矩上扣,延长接头使用寿命.     

油管螺纹抗粘扣性能研究

对进口油管和国产油管抗粘扣性能的对比试验表明, 进口油管的抗粘扣性能明显优于国产油管, 指出应从提高国产油管材料的冶炼水平和热处理质量着手来提高国产油管的抗粘扣性能。重点分析了油管螺纹几何参数、螺纹加工工艺和现场实际操作规范等因素对油管抗粘扣性能的影响, 提出改进螺纹加工技术、采用封堵试压、扭矩+J值(位置) 控制上扣扭矩等措施可提高油管抗粘扣性能。     

J55钢套管螺纹漏水的原因及对策

针对J55钢套管出现螺纹连接处漏水现象,通过锰盐磷化和锌盐磷化接箍进行上卸扣试验分析,认为螺纹粘扣是造成螺纹连接处漏水的主要原因。从上扣扭矩、接箍磷化、螺纹脂、螺纹参数及螺纹表面质量几方面对影响粘扣的因素进行了详细分析,提出了合理的上扣扭矩量、优化的螺纹参数、优良的磷化工艺以及选择优质的螺纹脂,可从根本上解决套管接箍端螺纹漏水问题。     

特殊螺纹油管与套管的上扣扭矩构成与密封性能研究

通过大量上卸扣试验与气密封试验,研究了影响特殊螺纹上扣扭矩构成及其各部分比例与总上扣扭矩比值的因素;研究了上扣扭矩构成对特殊螺纹密封完整性及结构完整性的影响。结果表明:螺纹螺距、锥度、中径、紧密距偏差以及螺纹粘着磨损等因素明显影响上扣扭矩构成及其各部分比例,而较低的台肩扭矩与总上扣扭矩比值将明显降低拉伸载荷下的螺纹密封完整性,以及腐蚀介质存在时的螺纹结构完整性。提出了上扣扭矩构成及其各部分比例与特殊螺纹油套管的制造质量及螺纹连接质量的相关性,提出用上扣扭矩构成及其各部分比例作为评判特殊螺纹完整性的快速有效方法,用上卸扣试验及复合载荷密封性试验的方法确定特殊螺纹的最佳上扣扭矩及其各部分的构成比例。     

特殊螺纹油管接头上扣性能三维有限元分析

特殊螺纹油管接头有限元分析多采用二维轴对称模型,不考虑螺纹升角,以主密封面与台肩处的渗透量模拟上扣时金属-金属间的过盈配合。该方法不能准确反映上扣时过盈量与扭矩的对应关系。鉴于此,考虑螺纹升角的影响,利用Abaqus软件建立了某特殊螺纹油管接头三维有限元模型,模拟分析了接头在最佳、最小、最大上扣扭矩下的上扣过程。分析结果表明,所建特殊螺纹接头模型加载扭矩曲线与标准上扣扭矩曲线基本相符;3种扭矩作用下,密封面与台肩环向路径上接触应力较大且分布较为均匀,螺纹啮合处虽有应力集中,但3种状态下最大等效应力远小于材料屈服强度且大小几乎相等;最佳扭矩拧紧状态下该型特殊螺纹油管接头具有最好的密封性能与足够大的连接强度。研究结果有助于深入了解上扣扭矩与密封性能和连接强度的关系。     

与SYG—200/15液压拧扣机配套的扭矩控制系统

针对国内许多油管生产厂装备的SYG—200 /15液压拧扣机不能控制油管上扣扭矩及不能满足API标准要求的不足, 开发了可与该型拧扣机配套使用的油管上扣扭矩控制系统。其主要特点: (1) 可根据需要随意设定控制扭矩; (2) 数字表头直接显示设定扭矩值和实际扭矩值;(3) 测量及控制准确, 灵敏度及精确度较高; (4) 能测量并控制正反两个方向的扭矩值; (5) 压力传感器和扭矩控制器具有补偿功能和很强的抗干扰能力。4套油管上扣扭矩控制系统与SYG—200 /15拧扣机配套使用表明, 未出现因上扣不合适而损坏油管螺纹或连接不紧等现象, 确保了出厂油管的质量。     

特殊螺纹接头上扣螺纹过盈量设计

针对特定工况要求设计的低钢级、薄壁油管特殊螺纹上扣扭矩较低问题,首先采用蒙特卡洛方法对不同加工偏差组合的接头进行有限元模拟分析,得到上扣螺纹过盈量与台肩扭矩的线性关系,由此初步确定满足工况要求的上扣螺纹过盈量设计值。然后利用实物上卸扣方法进行了试验验证。结果表明,利用有限元方法可快速分析实际特殊螺纹接头在不同上扣螺纹过盈量下的台肩扭矩分布,最大台肩扭矩与实物上卸扣试验结果基本一致。     

论保证API油管螺纹连接密封性能的控制措施

根据多年从事油管螺纹加工和质量控制的经验体会，阐述了在油管螺纹梳刀的重磨及安装、油管螺纹的锥度误差、螺距误差、牙型误差及质量检测等方面所采取的保证API油管螺纹连接密封性能的控制措施。重点分析了直接用梳刀粗车和精车或用普通螺纹车刀粗车和梳刀精车油管螺纹的优缺点及牙型误差，指出正确的油管螺纹加工方法应是先用普通螺纹车刀粗车，再用梳刀精车。建议把油管螺纹梳刀牙顶及牙底削平高度参数的制造公差由±0．02mm提高到±0．01mm，并把油管螺纹的累积螺距公差控制在±0．02mm范围内，以提高API油管螺纹连接的密封性能。     

流场诱导API圆螺纹油管接箍失效分析及结构优化

油管柱失效的主要形式是油管螺纹连接失效。目前对油管螺纹连接失效的研究主要集中在载荷作用下的螺纹受力和变形分析,对螺纹连接处流场突变导致失效的研究较少。利用流体动力学计算方法,对API圆螺纹油管接箍流场内部的流体建立控制方程,采用FLUENT软件进行流场模拟,对接箍连接的"J"形区的压力、速度分布情况进行了分析,并提出了改进措施,对流道进行优化。"J"形区的流场模拟计算发现,流体因高速流动产生涡流和压力突变,进一步影响流体性质并冲击接箍内壁。API油管接箍结构优化后,避免了压力和速度的突变,有利于流体流通,为油管的优化设计提供了理论依据。      

优质螺纹VAM系列新家族──TM接头

在高温、高压的油气井中，使用VAM优质螺纹接头取得了较好的效果，但由于中国各油田情况不同，原来的各种优质螺纹已不能满足要求。日本住友公司根据具体情况，并听取了中国专家的意见，在多年积累的生产VAM系列优质螺纹的基础上，中日合作开发了“TM优质螺纹接头”。TM接头具有高的密封性能、防粘扣性能和较高的抗过扭矩性能，上扣扭矩范围宽，接头加工、修理简便，有优越的可操作性和经济性，经评价试验和现场试验都证明了TM接头具有良好的性能。     

优质螺纹VAM系列新家族──TM接头

在高温、高压的油气井中,使用VAM优质螺纹接头取得了较好的效果,但由于中国各油田情况不同,原来的各种优质螺纹已不能满足要求。日本住友公司根据具体情况,并听取了中国专家的意见,在多年积累的生产VAM系列优质螺纹的基础上,中日合作开发了"TM优质螺纹接头"。TM接头具有高的密封性能、防粘扣性能和较高的抗过扭矩性能,上扣扭矩范围宽,接头加工、修理简便,有优越的可操作性和经济性,经评价试验和现场试验都证明了TM接头具有良好的性能。     

螺纹参数公差对油管螺纹连接强度的影响分析

用弹塑性有限元法建立了圆螺纹油管接头接触问题的有限元模型,利用ANSYS大型有限元分析软件,对不同油管螺纹参数偏差的油管接头机紧连接和承受拉伸载荷作用工况的应力应变进行了数值计算。计算结果分析表明,油管各螺纹参数偏差不改变油管发生强度破坏的螺纹牙齿位置;不同的螺纹参数偏差对油管螺纹的连接强度影响不同,螺距公差、牙型角上偏差及齿根高下偏差对油管螺纹连接强度的影响较大。给出了各螺纹参数偏差对油管螺纹连接强度影响程度的排序,为油管螺纹的质量检测和油管断裂失效分析提供了一定的理论依据。     

双台肩钻杆接头三维力学分析

建立了双台肩钻杆接头的三维有限元模型,利用显式动力学有限元方法分析了双台肩钻杆接头在上扣扭矩、轴向拉力和弯矩作用下的力学特性。相比二维轴对称模型,三维有限元模型可以考虑螺纹的螺旋升角,有效地模拟螺纹接头的上扣特性。计算结果表明,上扣扭矩的作用使得接头在螺纹牙、主台肩、副台肩处产生一定的预紧力,从而实现公扣、母扣间的过盈配合;轴向拉力使得螺纹牙上的接触压力上升而主台肩、副台肩上的接触压力下降,这一方面加重了螺纹牙的负担,另一方面也影响了接头的密封性能;在弯矩的作用下,钻杆接头的应力分布呈现出明显的非对称特性。此外,在上扣扭矩和轴向拉力作用下,各螺纹牙的承载很不均匀,两端的几牙螺纹承担了大部分的载荷,而中间段螺纹牙仅承担了小部分载荷。     

一种适用于钛合金油管气密封螺纹接头的开发

为了适应国内某“三高”(高温、高压、超高压高温)工况的油气区块的需求,开发了一种适用于钛合金油管的高性能油管特殊螺纹接头。螺纹接头采用负角度承载面和不同内外螺纹齿高参数的牙型、合理的锥面/锥面密封面角度和密封过盈量配合以及接箍内螺纹的负角度扭矩台肩的螺纹接头设计。有限元分析结果表明:该设计可保证螺纹接头具有良好的抗螺纹粘扣性能,以及在室温和高温复合载荷下具有优异的气密封能力。全尺寸实物评价试验表明:设计开发的特殊螺纹接头具有良好的抗螺纹粘扣性能、优异的室温和高温复合载荷条件下气密封性能、较高的抗弯曲能力以及较高的抗压缩能力。     

WSP特殊螺纹接头油井管的研制

介绍了WSP特殊螺纹接头的基本结构和设计思想,运用有限元方法,重点论述了密封设计和连接强度设计的方法和准则,并通过全尺寸试验进行了验证。计算和试验结果表明,该接头具有先进的螺纹形式、合理的扭矩台肩和金属/金属密封结构,有效地克服了API圆螺纹和偏梯形螺纹的不足,螺纹达到了与管体等强度,气密封能力达到了管体的内壁屈服压力。研究结果可以为开发更多适合油气田实际的特殊螺纹接头油井管提供参考。     

西部某气井油管螺纹脱扣失效分析

西部某气井使用的L80钢Φ88.90 mm×6.45 mm 外加厚油管螺纹接头发生了脱扣事故,为了探寻螺纹脱扣失效的原因,对失效样品进行了化学成分、拉伸性能、夏比冲击、洛氏硬度等理化性能检验,并对随机抽取的同批次未使用油管进行了螺纹检测、全尺寸试验等相关试验。结果表明,所用油管理化性能、螺纹参数、实物试验均符合相关标准要求,该失效为低载荷滑脱失效,主要是由于现场操作上扣过程中发生了错扣,引起油管螺纹粘扣,导致螺纹的连接强度大幅度降低。