我国油套管特殊螺纹接头研究现状分析

介绍了油套管特殊螺纹接头的特点、发展历程以及目前我国油套管特殊螺纹接头的发展情况.分析了油套管特殊螺纹接头密封结构的确定、金属过盈量的控制、螺纹受力分布的优化、螺纹抗粘扣能力的提升以及配套刀量具的设计等关键技术和目前我国油套管特殊螺纹接头研发方面存在的问题.最后,对国内油套管特殊螺纹接头的发展提出了一些建议.     

HSM-2型特殊螺纹套管接头设计分析

在综合考虑油田使用要求和现有机床加工能力的基础上,以计算机仿真技术为手段,分析并模拟套管接头在多种工况下的使用性能,优化特殊螺纹套管接头的结构,设计开发出一种具有自主知识产权的HSM-2特殊螺纹套管接头新结构。目前,HSM-2特殊螺纹接头已经通过了严格的评价试验,并获得了下井应用。新产品HSM-2特殊螺纹套管接头的设计开发,成功实现CAD（计算机辅助设计）—CAE（计算机辅助分析）—CAM（计算机辅助加工）的无缝衔接,降低了新产品开发成本和开发周期,可以为开发更多类似产品提供参考。     

新型气密封特殊螺纹接头抗旋转弯曲疲劳试验研究

套管接头在水平井下入过程中承受大量旋转-弯曲疲劳循环载荷,这种循环载荷会导致套管接头螺纹根部产生高应力,导致疲劳损伤和潜在的结构失效,从而对后续油井作业中的管柱接头密封和结构能力产生影响,因此需开展套管特殊螺纹抗旋转弯曲疲劳试验研究。基于API 5C5:2017及API TR 5SF标准,通过对某型特殊螺纹套管进行共振弯曲疲劳试验,评价该特殊螺纹接头在疲劳振动载荷下的密封性。结果显示,试验中加载频率越接近试样固有频率,振动越激烈,弯曲应力幅值越大;1#试样在内压60 MPa、弯曲度＞20°/30 m的加载条件下,累计加载循环次数54 192次后,试样完好,螺纹接头及管体未出现渗漏及破坏;2#试样在内压0.5 MPa、弯曲度＞20°/30 m的加载条件下,累计加载循环次数107 535次后,试样完好,螺纹接头及管体未出现渗漏及破坏。研究表明,该规格特殊螺纹接头在疲劳振动载荷下仍具有良好的密封性。该试验为共振弯曲疲劳试验方法和相应试验设备在特殊螺纹套管疲劳振动试验领域的深入应用提供了参考。     

177.8mm×12.65mm V140特殊螺纹接头套管试验研究

对177.8mm×12.65mm V140型特殊螺纹接头套管材质和螺纹接头参数进行检测,对套管螺纹接头进行上卸扣试验、弯曲条件下气体内压+拉伸试验、拉伸至失效试验。试验结果表明:该种套管接箍内螺纹接头为薄弱环节,在进行实物试验过程中应当按照接箍危险截面尺寸计算试验载荷,在进行套管设计时应当按照接箍强度计算套管连接强度。建议将该种套管用于具有蠕变地层的井段,对于其他井段应采用接箍内螺纹接头与管体外螺纹接头等强度的套管。     

油套管特殊螺纹接头的技术现状及结构形式

随着油气井钻探环境的日益苛刻,API螺纹接头在连接强度和密封性能方面已不能满足某些油气井的使用要求,因此特殊螺纹接头的应用范围不断扩大。为此,介绍了油套管特殊螺纹接头主要生产厂家和其生产的几种典型的特殊螺纹接头以及特殊螺纹接头的结构形式,可为特殊螺纹接头的设计和制造提供参考。我国应尽快开发出结构完整和密封完整的特殊螺纹接头,以满足受拉伸、压缩、弯曲、内压和外压复合载荷以及高扭矩、高腐蚀和高温工况条件下的需要。     

特殊螺纹接头油套管验收关键项目及影响因素

通过对特殊螺纹接头油、套管评价试样尺寸测量结果及试验结果进行对比分析,认为特殊螺纹接头油、套管验收的关键项目有接头密封面尺寸精度、螺纹紧密距、表面处理方式及质量等。各种表面处理层引起的接头密封直径和螺纹紧密距变化量不同,表面处理层对螺纹紧密距的影响还与螺纹本身的结构有关,表面处理方式对油、套管接头性能影响很大。     

新疆玛湖地区致密油水平井套管螺纹扣型优选

为了解决新疆玛湖地区致密油水平井下套管作业过程中的套管螺纹接头断裂失效问题，采用有限元数值模拟方法和全尺寸套管实物试验方法，对比分析了下套管作业上提–下放过程中API-LC长圆扣型和TP-G2特殊扣型套管螺纹接头的连接强度和疲劳寿命。数值模拟和试验结果表明，在相同上提拉力或下放压力作用下，TP-G2特殊扣型套管螺纹接头的应力水平明显低于API-LC长圆扣型套管螺纹接头；在相同拉伸–压缩循环交变载荷作用下，TP-G2特殊扣型套管螺纹接头的疲劳寿命约为API-LC长圆扣型套管螺纹接头的6.9倍。研究表明，新疆玛湖地区致密油水平井下套管作业时采用TP-G2特殊扣型套管螺纹接头代替API-LC长圆扣型套管螺纹接头，能够更好地满足现场下套管作业技术需求，提高作业效率。      

非API螺纹特点及检测相关性探讨

分析了油套管特殊螺纹的密封结构、扭矩台肩和螺纹形状,探讨了特殊螺纹检测方法的特殊性,以及影响特殊螺纹油套管质量的关键因素,以期建立石油天然气行业特殊螺纹接头的检测方法及验收标准。     

三种套管接头抗压缩性能研究

针对套管接头抗压缩强度问题，使用全尺寸实物试验的方法对几种不同钢级、不同螺纹形式的套管接头的抗压缩强度进行了对比试验，并借助材料力学和有限元方法对试验结果进行了分析。实物试验中出现了管体失稳和接箍跳扣两种套管接头压缩失效形式。试验结果和分析结果表明，N80、P110钢级材料的压缩屈服强度高于拉伸屈服强度；偏梯形螺纹套管接头的压缩屈服强度比同钢级、同壁厚特殊扣螺纹套管接头低6.7%～7.7%；上扣是否到位，直接影响套管接头部分的抗压缩能力，上扣不到位的特殊螺纹套管接头的抗压缩性能甚至低于偏梯形螺纹接头。同时指出，为了保证上扣质量，不应使用浮动上扣方法，管柱设计中应进行抗压缩强度设计。     

直连型套管螺纹接头偏心原因分析

直连型套管螺纹接头比接箍式套管的加工难度大,常见的问题是螺纹接头偏心。在现场对某油田到货的直连型套管接头台肩壁厚进行检验,发现套管接头偏心严重。对该批套管检测结果进行了统计分析,认为套管接头偏心与管端弯曲有关。通过统计分析,认为该批套管接头产品过程能力指数不足。为了从根本上解决直连型套管接头偏心问题,提出了订货补充技术条件。该技术条件不仅使油田到货验收有了技术依据,而且也对工厂质量控制具有指导作用。     

高温高压胶筒

对于深层气井压裂工艺来说,耐高温高压性能良好的胶筒可以使压裂工具下入更深,更容易压开高破裂压力地层.为满足生产实际需要,开展了180℃、100 MPa胶筒的攻关研究,为大庆外围深层气井压裂提供了技术支持.     

高温高压油管锚定器的研制与应用

为解决油管锚定器耐温耐压性能低,锚定不可靠以及解卡困难等问题,研制了高温高压油管锚定器。该锚定器解卡结构设计独特,实现了泄压平衡油套压力后工具解卡,不受压差影响,安全可靠;锁块锁定中心管,解卡销钉不受坐封压力和尾管重力影响,避免了管柱提前坐卡;锚定器与封隔器配合能实现管柱逐级解卡,可减小起管柱载荷,提高了解卡成功率。高温高压油管锚定器在5井次的现场应用中,最大井斜59.3°,最高注水压力43 MPa。该锚定器起到了对管柱的锚定作用,施工安全,成功率高,保证了整个作业过程封隔器密封可靠,具有广阔的推广应用前景。     

高韧性高流动性聚丙烯材料的研究

采用动态硫化方法对聚丙烯进行增韧改性，以克服传统的简单共混增韧改性产生的冲击强度增幅有限。加工流动性明显下降的问题。对于不同的交联体系、三元乙丙橡胶(EPDM)进行了对比试验。     

高焊速高韧性氟碱型烧结焊剂

焊剂又叫焊药,类似于手工电弧焊条的药皮,它是由多种矿粉混合、烧结而成的颗粒状非金属物混合物。焊剂与焊丝是自动埋弧焊接中不可缺少的焊接材料,前者的主要作用是为金属焊接过程造渣、造气,从而保护焊缝金属不被氧化,减少焊缝金属中氮气的侵入,保证焊缝组织质量,提高生产效率。     

高温高压尾管顶部封隔器研制

常规尾管顶部封隔器无法满足深井、超深井及海洋油气井的高温高压环境对尾管固井作业的需要。依据O形密封圈高温高压密封机理分析,完成了"金属+橡胶"式封隔器密封结构的研制。研究了硫化橡胶厚度、防退锁紧装置、膨胀锥角、坐封力及硫化工艺等关键技术与高温高压密封性能的关系,并优化了主要性能参数。通过对3种氟橡胶材料在高温下的力学性能研究,优选氟橡胶A作为封隔器橡胶密封材料。开发了井下工具的高温高压试验装置,并进行了地面性能评价试验。研究结果表明,高温高压尾管顶部封隔器在204℃下正反双向密封70 MPa,达到现场高温高压井的使用要求。     

高强高渗滤砂管的研制及实验研究

低渗油气田是今后油田开发的方向,滤砂管需要向高强度、高渗透、抗堵塞方向发展。在此基础上研制出的高强高渗滤砂管主要包括中心管、高精度内滤网、扰流网、高精度外滤网、外保护罩等部分。开展了高强高渗滤砂管与常规滤砂管的性能对比实验。结果表明,高强高渗滤砂管具有挡砂能力强,渗透率高,不易堵塞等优点,适合在裸眼完井中广泛应用。     

高温高压尾管悬挂器研制与应用

针对深井尾管固井中尾管下入深、载荷大、尾管下入困难、井底温度高、压力大以及井下环境恶劣等特殊固井问题,采用V型双向密封套、三瓣式带流通槽锥套和直连式尾管胶塞总成的优化结构设计,开发出适用于高温高压井的BH-XGH型尾管悬挂器。从工具的结构设计、仿真分析、性能评价等几方面进行了详细阐述,从理论上验证了高温高压尾管悬挂器的性能参数。现场应用5井次,解决了深井、超深井高温高压尾管固井的耐高温高压、小间隙、载荷能力、碰压成功率等系列技术难题,为国产工具的推广应用奠定了基础。     

高温高压钻井技术的探索与认识

高温高压钻井作业过程中面临诸多的困难和挑战,为了保障高温高压钻井作业的安全、减少复杂情况,提高作业效率,分析了高温高压钻井所面临的主要挑战,结合国内外的成功经验,提出了相应的应对措施。指出了高温高压钻井除面临压高温高压之外,还要克服地层可钻性差、钻井周期长、钻具易发生疲劳破坏、部分地层含硫化氢等酸性气体等对钻井作业所带来的一系列影响;研究认为科学选择钻井装备、钻井工艺和配套技术,加强现场组织管理对高温高压钻井作业的成功至关重要。高温高压钻井技术是一项系统工程,要不断积累经验、做好技术沉淀,完善相关技术标准和规范,为今后高温高压井的作业提供借鉴和参考。     

微泡沫在高温高盐油藏中的驱油作用

针对普通泡沫在高温高盐油藏中稳定性弱、驱油效果差的问题,采用将气体和起泡剂溶液(5000 mg/L甜菜碱表面活性剂SL1+5000 mg/L黄原胶XG)同时注入填砂管泡沫发生器的方法制备了一种稳定性强、尺寸细微的微泡沫体系,即黄原胶稳定的微泡沫。通过微观可视化模型对比了普通微泡沫(5000 mg/L SL1)与黄原胶稳定的微泡沫在原油存在条件的下稳定性差异,分析了驱油机理,借助填砂管模型对比了两种微泡沫的驱油性能。微观实验结果表明:气泡液膜中吸附的黄原胶增加了微泡沫液膜厚度,有效抑制了气泡聚并和液膜排液,使黄原胶稳定的微泡沫具有更强的稳定性和耐油能力。微泡沫越稳定,微观波及体积越高、采油效率越高。微泡沫主要的驱油机理为直接驱替机理、乳化机理、同向液膜流动机理、逆向液膜流动机理。物模实验结果表明,在160 g/L矿化度、90℃条件下,黄原胶稳定的微泡沫驱的采收率可在水驱基础上提高22.9%,比普通微泡沫驱高15.2%。     

高温高盐油藏化学堵水技术

论述了高温高盐油藏化学堵水技术的实验室研究和初期现场试验情况。该技术采用一种新型凝胶型堵剂,主剂为改性阳离子聚丙烯酰胺(CPAM),交联剂为分子中含有杂环的有机胺。实验室研究表明,在最高温度140℃、最高矿化度35×104mg/L的特殊条件下,堵剂成胶固化时间为6~24h,并在此范围内可调,封堵强度达耐压20MPa以上,基本满足中原油田高温高盐油藏化学堵水的要求。该技术在初期现场试验中获得成功,效果较好。