HT高密封性特殊螺纹套管在气井中的应用

由于普通API螺纹套管难以承受高于 70MPa高压气体 ,开发加工了高密封性能的SEAL—LOCKHT特殊螺纹套管。这种螺纹套管的结构特点是 :①端面和侧面为特殊结构密封 ,套管的气密封性能好 ;②采用倒钩螺纹设计 ,提高了螺纹的抗拉和抗内外压能力 ,可防止套管倒扣松动 ;③螺纹结构先进 ,套管插入方便 ,入扣不易错扣 ;④抗过扭矩能力强 ,螺纹联接可靠。室内试验表明 ,该螺纹套管加载 4 32kN ,施加气压 79 9MPa ,气密封良好。 8口井现场应用均取得成功 ,下套管节约 8～ 12h ,节约套管成本 10 %～ 15 % ,解决了高气压井的密封问题     

BJC-Ⅰ型特殊螺纹接头套管开发及应用

根据我国典型低压、低渗透气田的工况特点,开发了BJC-Ⅰ型气密封特殊螺纹接头套管。通过ABAQUS有限元软件对该接头性能进行了模拟分析,依据ⅠSO 13679—2002检验标准及一般油田服役工况,进行了复合载荷试验、热循环气密封试验及极限载荷破坏试验等试验,分析结果显示各项性能指标完全满足设计要求。经油田现场使用,证实了该BJC-Ⅰ型特殊螺纹接头套管有着良好的连接强度和可靠的气密封性能,并具有易清洗、入井对扣平顺、抗螺纹黏结能力强、作业效率高、曲线稳定等优异的使用性能。BJC-Ⅰ型气密封螺纹接头的开发为我国低压、低渗透气田低成本高效率开发提供了产品保障。     

《ISO 13679:石油天然气工业 套管及油管螺纹连接试验程序》的仿真方法

依照《ISO 13679:石油天然气工业套管及油管螺纹连接试验程序》进行实物试验并据此评价油管和套管特殊扣的性能,不仅耗时长而且成本高昂。为此,以?73.0 mm×5.51 mm J55钢级中低压力、中高温度的经济型气密封特殊扣为例,基于ABAQUS软件,通过建立有限元模型,在考虑仿真分析过程中的几何非线性、材料非线性和边界条件非线性耦合问题的基础上,依据弹塑性的双线性等向强化模型和超弹性Moony-Rivlin模型的材料本构关系,对上扣工况和ISO 13679的Ⅱ级试验B系载荷包络线工况进行了仿真评价,计算得到了各个工况下特殊扣的接触位移、最大接触压力、密封积分强度、等效应力等重要参数,其计算结果与实物密封试验结果的误差小于7.3%,对于密封性能的有限元分析结果与实验结果一致,进而利用上述参数评价了特殊扣在各工况下的结构与密封性能。结论认为,按照ISO 13679的试验内容和程序所建立的仿真评价方法,能够高效地对气密封特殊扣的性能进行评价,可以极大地节约时间成本与经济成本,能在一定程度上代替特殊扣的实物评价。     

非API规格偏梯形套管螺纹的开发

为了满足特殊井况结构螺纹接头的需要,提出了非API规格套管设计方法,在原有API偏梯形螺纹齿形和参数的基础上,重新设计计算了中径、完整螺纹长度、管端至消失点总长度、接箍镗孔直径、管端至三角形标志长度和全顶螺纹长度等6项参数,对设计的非API规格偏梯形螺纹套管进行了有限元分析,并进行了拉伸试验和静水压试验。结果表明,设计的非API规格偏梯形螺纹套管性能满足相关标准要求,其抗拉伸及抗内压性能达到管体100％,抗压缩性能达到管体40%。     

塔里木油田特殊螺纹接头油套管评价试验及应用研究

塔里木油田井况复杂,高温、高压、超深气井占很大比例,对油、套管使用性能有特殊要求,API螺纹接头油、套管难以满足使用条件,必须使用密封性能好、连接强度高的特殊螺纹接头油、套管。依据APIRP5C5-2003(ISO13679-2002)油、套管实物试验标准,油田应当依据自己的实际工况条件选择特殊螺纹接头油、套管应用等级,并提出补充试验条件;工厂应当依据油田要求的接头应用等级推荐自己的特殊螺纹接头油、套管;实验室应当依据用户和工厂商定的接头应用等级和附加试验要求对油、套管接头进行试验。油田应当依据评价试验结果和实际使用效果选择特殊螺纹接头油、套管品种,并制定严格的特殊螺纹接头油、套管订货和验收技术标准。     

石油套管螺纹连接的密封结构

列举各种石油套管的密封结构,重点是特殊螺纹石油套管的密封结构,分析API圆螺纹的密封缺陷,讨论各种特殊螺纹套管良好的密封结构,为进一步提高固井质量,提高套管的抗泄漏能力,建议推广使用特殊螺纹石油套管,并使用专业化下套管工具——动力套管钳和扭矩仪下套管作业,从而提高油井寿命。     

基于ISO 13679热循环试验要求的 套管特殊螺纹强度分析

依照ISO 13679《套管和油管接头试验程序推荐作法》CAL Ⅲ C系热循环试验程序,采用Abaqus有限元分析软件,对JIP ø177.8 mm×10.36 mm规格P110钢级新型套管特殊螺纹的强度进行分析评价。考虑接触问题计算的非线性,建立了套管特殊螺纹热力耦合有限元模型,对接头的C系加载路径进行了简化,计算了接头在10个阶段的应力场与温度场耦合作用下的热应力。结果显示:随着温度由低温到高温的变化,特殊螺纹部分螺牙、接箍中面等塑性变形加大; 而局部由于高、低温反复作用可能会产生组织的变化,使先前本应屈服的区域强度反而提高,但特殊螺纹整体上在C系加载完成后仍能保持结构完整; 高温状态,材料的屈服强度降低,其变形更多的处于弹性变形阶段,室温状态时特殊螺纹的关键部位发生屈服的可能性更大。通过计算机仿真评价方法,按照ISO 13679的试验内容和程序对特殊螺纹进行评价,可以大幅节约时间与经济成本,可在一定程度上代替接头的实物评价。     

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。     

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。     

端面金属自密封特殊钩形螺纹有限元分析

针对常规API套管螺纹在膨胀时不能保持其结构和密封性能的问题,设计了一种端面金属自密封的膨胀套管特殊钩形螺纹结构,根据弹塑性有限元理论,建立了该特殊螺纹的有限元模型,模型结构中包括膨胀锥、膨胀套管及其特殊螺纹结构,研究了膨胀过程中特殊螺纹部分的Von Mises应力分布大小,结果表明该螺纹满足力学要求。分析了套管膨胀后端面金属自密封处的密封性和特殊螺纹部分的密封性,最终提出在预留退刀槽部分设计安装1个橡胶密封圈,增加1个密封圈后,能够保证该特殊钩形螺纹的密封完整性,为膨胀套管特殊螺纹结构设计提供了理论依据。     

略论套管螺纹密封性能与螺纹公差带的关系

ＡＰＩ套管圆螺纹自身存在牙间间隙，并形成螺旋状空间间隙带。这种间隙带受到牙高公差带、牙型角公差带和锥度公差带的影响。理论上ＡＮＩ圆螺纹不具备密封性能，因此必须在内螺纹镀一定厚度的锡或锌层，并使用性能优异的密封脂作间隙充填剂来实现密封。为进一步提高抗泄漏能力，建议将ＡＰＩ圆螺纹牙型角公差减小一半。对于高压气井，建议油田用户将不涂密封脂条件下的接箍试泵压力定为最低屈服强度下抗内压力的８０％，作为商检的附加条款列入供货合同中。     

基于正交试验的气密特殊螺纹油管接头密封性能研究

开发深海油气需要钻探大量超深井、大位移井,井下油管需要承受水下复合载荷的综合作用,这对气密特殊螺纹油管接头的密封性能提出挑战。以?99.25 mm×6.45 mm气密油管特殊螺纹接头为研究对象,以密封面最大接触压力为考核指标,依据ISO 13679标准A系试验载荷包络线对正交优化试验结果进行密封性能分析。分析结果表明：密封面最大接触压力影响因素敏感性由大至小的顺序为：密封面角度>扭矩台肩角度>螺纹承载面角度>螺纹锥度>螺纹螺距;气密特殊螺纹油管接头参数最优组合为密封面角度10°、扭矩台肩角度-12°、螺纹承载面角度12°、螺纹锥度1∶18、螺纹螺距4.8 mm;优组后油管接头在ISO 13679标准A系试验载荷下各加载点密封性能良好。所得结果对气密特殊螺纹油管结构的进一步优化设计具有指导意义。     

拉弯复合载荷作用下的API短圆套管螺纹力学行为

套管下入水平井弯曲段时,套管螺纹是否已发生屈服对于随后的钻进和油气井生产有至关重要的影响,而目前国内外对于井眼曲率（弯矩）对套管螺纹连接强度和密封性能影响的研究极少。笔者基于虚功原理、接触非线性理论及vonMises屈服准则,建立了API短圆套管螺纹连接的三维计算模型,研究了拉弯复合载荷下连接螺纹的应力分布规律,指出井眼曲率（弯矩）对套管的连接强度和密封性能影响极大,并通过大量计算绘制了给定井眼曲率时的最大许用套管悬重图,综合考虑连接强度和密封能力推荐了API短圆套管螺纹标准所列锥度、螺距、螺纹长度、牙高参数系列中的最优值。     

深井超深井套管选择中的若干问题

提出了选择深井、超深井套管应注意的若干问题.根据套管的受力、使用环境等条件合理的选用非API套管;避免使用高强度套管;APIBTC螺纹厚壁套管接箍的强度低于管体的强度,使用厚壁套管解决抗挤强度时,必须考虑接箍的强度;腐蚀环境下套管的选择;根据不同井况选择不同螺纹形式,特殊螺纹与API螺纹不能互换使用;非API的新型套管下井前,可通过全尺寸模拟试验对其结构和密封完整性进行评价.     

正确选用套管提高深井和超深井套管的安全可靠性

API标准规定的套管钢级、螺纹连接强度已不能满足深井、起深井的要求,由世界各大厂家生产的非API标准蠢管解决了这一难题。文中论述了套管柱失效情况和提高深井、起深井套管柱安全可靠性的途径,提出了选择合适的钢级和高技济的套管;选用有特殊螺纹接头的套管,对特殊螺纹密封结构进行了分析。并对深井、超深井、高压井、定向并、水平开、热采井、有腐蚀性介质的井,如何选用套管和特殊螺纹接头进行了论述。     

论影响API油管螺纹密封性能的因素

从API油管螺纹的牙型特点和密封机理入手，分析了锥度误差、螺距误差和牙型误差等因素对API油管螺纹连接密封性能的影响。根据从事油管螺纹加工、质量控制的实践经验，阐述了油管螺纹加工时产生锥度误差、螺距误差和牙型误差的原因。认为螺距公差、油管螺纹梳刀制造公差是造成油管螺纹连接密封性能差的最主要因素。最后介绍了用普通靠模车床等常规设备加工出符合API标准的油管螺纹的控制措施。     

CATTS101高密封性螺纹脂

传统的API螺纹脂属于油基螺纹脂,含有重金属等非生物降解填料,不仅污染环境,而且对人体也有危害。随着石油钻采条件越来越苛刻,在高温高压气井条件下使用普通的API螺纹脂也并不是理想的选择。已开发出的高密封性螺纹脂CATTS101,是以聚合物为基体,以云母、特殊石墨粉等无机材料为填料,结合现代胶黏剂技术制成。经过实验室检测和多个油田的现场应用证明,具有良好的气密封性,可以防止高压流体和气体侵入,不受化学侵蚀,能承受高温"焙干"。该螺纹脂拓展了API螺纹套管的应用范围,在部分油气田以CATTS101配合API螺纹套管的开发方案取代价格昂贵特殊螺纹套管,不但满足了油田现场的技术要求,也大幅降低了油田开发成本。     

略论套管螺纹密封性能与联接应力的关系

对套管螺纹的上紧过程以及在内、外压力作用下，接箍和管端上所产生的应力作了理论分析，给出了屈服上紧圈数、防漏上紧圈数、螺纹锥度公差的影响圈数和组合应力等的计算公式。简要地介绍了美国石油学会防泄漏工作组根据组合应力的大小，评价各种套管的有关问题。指出ＡＰＩ圆螺纹套管的固有缺陷使其防泄漏能力已不能适应高压油井，特别是高压气井的要求，因此建议在这些井中采用特殊螺纹套管。     

套管偏梯形和圆形螺纹滑脱载荷分析

用弹塑性有限元法建立了套管偏梯形和圆形螺纹接头接触问题的有限元力学模型。对套管偏梯形螺纹接头 ,得出牙侧角为 3、 5和 10°时滑脱载荷随加载过程的变化曲线 ;对于套管圆形螺纹接头 ,得出锥度为 、 和 时滑脱载荷随加载过程的变化曲线。对套管偏梯形螺纹和圆形螺纹滑脱过程的对比分析表明 ,偏梯形螺纹的平均滑脱载荷为 5 82 6kN ,圆形螺纹的平均滑脱载荷为 335 9kN ,即在同样套管和接箍结构尺寸下 ,偏梯形螺纹不易产生滑脱 ,而圆形螺纹容易产生滑脱。研究结果在深井、超深井和苛刻的复杂井套管柱设计中 ,为套管接头螺纹的选择提供了理论数据。