油套管特殊螺纹接头工厂端上扣对现场端接箍参数及性能的影响

针对油套管特殊螺纹接头工厂端上扣前后出现的现场端接箍参数发生变化这一现象,进行了全尺寸实物试验和有限元分析,并对现场端接箍参数发生显著变化的样管进行了气密封试验。有限元分析显示,工厂端上扣后,现场端接箍应力水平提高,并会发生一定的膨胀,表现为现场端接箍的密封面直径变化远大于螺纹直径变化,且距离现场端越近表现越明显,这与上扣试验测量数据相吻合。气密封试验结果显示,现场端接箍公差发生显著变化的样管仍然可以保证其在复合加载下的气密封性能;已经经过全尺寸实物评价试验的油套管特殊螺纹接头,在上卸扣试验中同样存在工厂端上扣对现场端密封参数造成影响,整个试验过程已经包含了一端上扣对另一端接箍密封参数带来的影响。研究表明,只要接箍在工厂端上扣前螺纹及密封参数公差在规定范围内,在油田现场应允许现场端接箍参数超出规定范围,此结论可为油田用户提供参考。     

Φ88.9 mm×6.45 mm P110S油管接头脱扣失效原因分析

Φ88.9 mm×6.45 mm P110S油管接头现场端发生脱扣事故,通过宏观形貌分析、材料性能试验、密封面和台肩面的微观形貌分析等方法,对失效接头脱扣事故原因进行了分析,并模拟还原了失效接头现场端内、外螺纹对应的上扣位置。结果表明,现场端内、外螺纹啮合长度少上了4扣左右,上扣时密封面和台肩面未发生有效过盈接触,证实现场端螺纹上扣未到位,这是造成失效接头发生脱扣及连接强度严重降低的主要原因。而造成油管接头现场端螺纹上扣不到位的原因可能与上扣时内螺纹受到泥浆污染、螺纹脱扣前存在轻微损伤、上扣钳牙夹持位置偏接箍上扣端等有关。     

无接箍式双台肩油管接头结构设计与分析

为满足油田对特殊油管作业管柱的要求,通过有限元分析以及结构优化,设计出一种新型无接箍式双台肩油管特殊螺纹接头。新型无接箍式双台肩油管接头螺纹采用两级圆柱螺纹,齿顶、齿底平行于管体轴线,齿形为优化的偏梯形螺纹;密封结构采用两级密封,主密封为锥面对锥面的金属密封,次密封为斜面台阶密封;扭矩台阶采用两级直角台阶,抗压缩性能良好。有限元分析结果和实物试验验证表明,此接头抗粘扣性能良好,具有较优异的连接强度及抗内压性能,适合对接头外径有限制且对油管接头性能要求较高的油井使用。     

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。     

油管柱啮合螺纹密封面损伤的声波评判研究

特殊螺纹油管上扣后,螺纹密封面的完好与否将直接影响管柱的密封性能,而如何有效地检测评断管柱啮合螺纹密封面的损伤,在理论方法上仍存有困扰。文章利用声弹理论,提出通过密封面接触应力的相对变化评断密封面的损伤。同时,在油管密封面制造磨损缺口,上扣前后在接箍表面不同粗造度下对密封面进行声波检测,并与完好啮合密封面检测结果对比,发现利用声波幅度评价密封面的接触应力,易受接箍表面粗造度的影响,而采用密封面反射波的中心频率表征接触应力则有效避免这一问题,最后建立了密封面反射波中心频率计算方法。     

考虑温度影响的特殊螺纹油管接头有限元分析

为了解不同温度下依靠主密封面密封的特殊螺纹油管接头的力学行为,为特殊螺纹油管接头的设计和使用提供依据,采用Abaqus有限元软件建立了特殊螺纹油管接头三维有限元模型,分析了温度对接头密封面、扭矩台肩及螺纹段Mises应力和接触压力分布规律的影响。分析结果表明:不同温度下,沿螺纹锥度方向螺纹段扣牙最大接触压力及最小接触压力分别位于螺纹段第1扣和第11扣处,符合螺纹扣牙接触压力分布规律;油管接头最大Mises应力均出现在接头密封面及扭矩台肩处;随着温度升高,各螺纹牙Mises应力逐渐增大,而螺纹牙接触压力增加幅度较小;随着温度升高,密封面接触压力呈先增大后减小的趋势;扭矩台肩处接触压力随温度升高而增大。因此,应用于高温高压气井的特殊螺纹油管接头,在设计和实际应用中应考虑温度的影响。     

锥面球面密封结构特殊螺纹有限元分析

考虑丛式井多级压裂过程中,套损、螺纹泄漏现象严重,利用ANSYS软件建立锥面-球面特殊螺纹模型,研究了内压一定时,不同轴向力下特殊螺纹接头等效应力变化规律和密封面、台肩面接触压力随接触长度变化规律。结果表明,拉伸载荷过大,接箍密封端第一扣完整螺纹牙附近为危险断裂面,螺纹两端粘扣严重。密封面、台肩面接触压力随拉伸载荷增大而减小,但只要拉伸载荷在600 MPa内,密封面接触长度并不会随拉伸载荷增大持续减小。压缩载荷使特殊螺纹密封面、台肩面接触压力、接触长度增加,但同时也会让特殊螺纹接头应力增加,对螺纹连接不利。     

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。     

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。     

HST特殊螺纹油套管力学与密封性能有限元分析

为研究HST特殊螺纹油套管接头在机紧工况和拉伸工况下的连接性能和密封性能,采用Abaqus有限元软件,改变管体与接箍密封面过盈量和管体受力,分析2种工况下接头扭矩台肩、密封面和螺纹牙应力及接触压力。通过分析得到机紧工况下管体密封面最大过盈量为0.09 mm,拉伸工况下接头连接性能和密封性能减弱。研究结果可为HST特殊螺纹油套管的实际应用提供理论指导。     

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。     

某高温高压气井油管泄漏试验研究

某高压气井在酸化压裂后的试喷过程中发生特殊螺纹油管接头泄漏,起出后检查发现扭矩台肩部位有大量腐蚀。对该规格油管进行复合载荷条件下的气密封性能试验和耐腐蚀性评价试验。结果证明,在静态载荷作用下,油管气密封和耐腐蚀性能可满足工况要求。应用排除方法分析了台肩面处的摩振腐蚀和复杂应力状态是导致腐蚀的原因,可较好地解释实际腐蚀现象。提出了今后油管特殊接头设计与应用研究的方向,以解决该类腐蚀问题。     

(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.     

PSC特殊螺纹接头上扣特性研究

针对PSC特殊螺纹接头采用金属密封结构和扭矩台肩的特殊性,开展了4种PSC接头上扣特性的全尺寸试验研究。通过试验,得到PSC接头上扣扭矩圈数曲线图和螺纹过盈量计算公式,并给出国外普遍采用的按台肩扭矩控制上扣的MSTL质量控制图。对我国油田按上扣标记控制PSC接头上扣方法的缺陷进行了讨论,指出应严禁使用;对关于提高PSC接头上扣可靠性问题提出几点建议。     

长北气田优质油井管螺纹类型及其应用

为满足套管、油管和井下工具螺纹的密封性和强度要求,长北气田油井管采用非API螺纹接头,主要为VAM—TOP螺纹和FOX螺纹。介绍了特殊螺纹的类型和优点,分析了这2种特殊螺纹的特点和密封设计。这2种特殊螺纹在长北气田应用了20余口井,总体效果良好,但是最近应用的2口并油管出现了密封失效问题,根据扭矩图进行了密封失效分析,失效原因为螺纹上扣不符合规范导致密封失效。     

油套管特殊螺纹接头结构参数对性能的影响

油套管特殊螺纹接头由球面/柱面型主密封结构、反向式台肩结构和螺纹连接部分组成,球面主密封面曲率半径r、主密封面的过盈量δ和台肩的反向角度θ等结构参数对接头的强度和密封性能具有重要影响.基于因数轮换法的基本思想,运用有限元数值仿真方法分别研究了结构参数r、δ和θ对油套管特殊螺纹接头的强度和密封性能的影响,结果表明,r越大接头密封性能越差,θ越大接头密封性能越好,δ越大则接头密封性能越好,但接头应力集中程度则会加重.     

试压过程中特殊螺纹油管接头冲刷腐蚀防护环挤出原因分析

某油田在特殊螺纹接头油管试压过程中,油管接头中装配的冲刷腐蚀防护环被挤出。文章对油管接头冲刷腐蚀防护环被挤出的原因进行了调查研究,并取样进行了上扣试验、气密封试验、水压爆破试验和复合加载气密封试验。试验结果表明,在试压过程中,油管接头中装配的冲刷腐蚀防护环被挤出的原因既与试验压力和泄压速度有关,也与冲刷腐蚀防护环尺寸有关。建议油田在试压过程中,降低试验压力。