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。     

逆掩推覆体防斜打快钻具组合探索与认识

在深井、超深井、大位移井和水平井中，套管接头泄漏和滑脱特性是国内外油气井管柱力学研究的永恒主题。通过调研国内外大量文献资料，探讨了套管螺纹泄漏机理、螺纹滑脱机理研究的思路和研究方向——除实物试验外，有限元法是可行的简便方法之一。运用有限元法，对套管偏梯形螺纹接头和圆形螺纹接头进行了研究。     

套管偏梯形螺纹接头泄漏机理的有限元分析

用弹塑性有限元法。建立了API套管偏梯形螺纹接头接触问题的有限元力学模型。根据该力学模型，讨论了四种不同载荷，即，无过盈配合，套管轴向拉伸载荷50MPa；径向过盈配合0．05mm，无轴向应力；径向过盈配合0．05mm。轴向拉伸载荷50MPa；径向过盈配合0．1mm，轴向拉伸载荷336MPa。文中详细分析了这4种载荷下，API偏梯形螺纹的接触压力分布大小以及其螺纹之间的间隙，为其泄漏机理研究提供了研究思路和方法。研究结果表明，偏梯形螺纹之间大部分存在着间隙。其密封性存在着较大的隐患，因此。提出开发特殊螺纹接头套管，以适应我国西部高压深井、超深井以及水平井钻井的要求。     

超深井用偏梯形螺纹套管适用性研究

针对我国西部超深井固并使用的偏梯形螺纹套管发生螺纹连接处泄漏、接箍及管体破裂与变形等事故，对西部两口超深井在用和拟用的φ177．8mmx13．72mmV-150和φ177．8mmx12．65mmNK-T140两种规格BTC螺纹套管进行了管柱设计验证试验研究。试验条件模拟井下预期的载荷和压力，试验项目包括上卸扣试验、密封试验（介质为水和气两种）、强度极限试验（拉伸、水压爆破、压缩和挤毁）等。结果发现，这两种套管在密封性和强度等方面均与使用条件存在一定差异，特别是难以满足一些异常复杂超深井的要求。建议在高压超深井中用气密封性较好的特殊螺纹接头套管。对于异常高压超深井，在设计时应进行密封设计，对套管进行必要的密封和强度评价试验。     

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。     

不同工况下套管偏梯形螺纹连接的温度-应力耦合

偏梯形螺纹相比圆形螺纹不易产生滑扣,在许多苛刻的井深结构中被广泛采用。结合弹塑性力学以及有限元理论,利用ANSYS软件建立了偏梯形螺纹接头的有限元模型,对模型进行了不同工况下的温度-应力耦合分析,分析了温度载荷对套管螺纹接头应力、接触压力及接头附近位移的影响。分析结果表明,在螺纹接头两端轴向位移受约束的情况下,温度载荷对接触面的Mises应力和接触压力影响显著,两者均随温度载荷的升高而增大,且在达到较高温度后增大趋势变缓;偏梯形螺纹扣牙过盈接触时,比较不同扣牙的Mises应力和接触压力,呈现两端大、中间小的趋势,且在轴向受拉和受压工况下,接头附近的位移变化十分明显。     

某井177.8 mm套管固井事故原因分析

对某井177.8 mm套管固井事故进行了详细调查研究,对固井质量测井结果进行了分析,认为固井事故是由于套管失效所致.通过对录井资料和悬重变化记录结果分析研究,认为套管是在下入井内之后,在洗井和注水泥期间失效的.依据井下打捞出的金属残片化学成分分析结果,认为鱼顶为套管.通过对偏梯形螺纹接头套管连接性能和套管在固井过程中所受载荷进行分析,认为套管失效形式为脱扣.脱扣原因是套管接头工厂上扣端上扣扭矩不足,该接头为套管柱薄弱环节,在固井过程中受到震动等载荷首先松动,最后才发生脱扣.     

API偏梯形套管螺纹接头极限抗拉能力分析

采用解析方法研究了偏梯形套管螺纹接头的极限承载能力.根据变形协调原理,假设在变形过程中内、外螺纹在接触点处始终保持接触,将螺纹齿简化为梁模型,运用弹塑性力学、接触力学的理论,计算出API偏梯形套管螺纹接头在机紧装配、拉伸载荷工况下的弹、塑性极限承载能力及应力状态.分析总结了上扣扭矩和拉力对偏梯形螺纹连接强度的影响.     

新疆某油田热采井套管接头密封脂评价试验研究

新疆某油田红003井区热采井工况为:井深500 m,注采井口压力13 MPa,注采井口温度不超过340℃,使用年限6年。针对其对套管接头耐高温密封螺纹脂的要求,对采用普通API螺纹脂和两种不同耐高温螺纹脂的套管接头进行了模拟热采井工况的系统实物对比评价试验,为红003井区热采井偏梯形螺纹套管接头优选适合的密封螺纹脂。结果表明:普通API螺纹脂(CS-3)、TP-2189螺纹脂和TRT-300耐高温螺纹脂经过试验后均结块破碎或呈粉末状,无法有效地堵塞泄漏通道,故无法达到套管密封要求。     

热采井中偏梯形套管螺纹有限元分析

采用有限元方法分析了热采井中的偏梯形套管螺纹接头在不同载荷工况下的力学特性。结果认为,套管在承受轴向拉伸载荷的工况下,最大等效应力的发生区域集中在套管螺纹和接箍螺纹的两端;在套管温度升至300℃的工况下,螺纹接头已发生塑性屈服,并且塑性区域有从接头两端向接头中部发展的趋势;套管温度降至地层原始温度30℃的工况下,塑性屈服区域减小,仅局限在接头两端。在轴向拉伸载荷的工况下,最大接触压力发生在套管螺纹的第1圈,并且每圈上的接触压力分布并不是均匀的;高温载荷下,螺纹间的接触压力值和接触位置发生了改变;恢复至初始温度时,套管螺纹接触面上的接触压力增大。     

多轴交变载荷下套管长圆螺纹疲劳失效分析及寿命预测

在下套管以及压裂作业过程中,套管螺纹在多轴交变载荷作用下极易发生疲劳失效,影响施工进度。针对该问题,通过有限元方法,利用Abaqus软件建立套管长圆螺纹有限元模型,对上扣后套管螺纹在拉伸、压缩、内压力等多轴交变载荷作用下的应力、应变进行了分析,并基于Mises屈服准则的寿命评估法对套管螺纹在多轴交变载荷下的寿命进行计算。研究表明;在拉伸、压缩、内压力等多轴交变载荷作用下,套管螺纹上最大应力都出现在公扣大端5扣齿底处;在轴向拉伸、压缩交变载荷作用下螺纹疲劳寿命仅为1 298次,内压力为46、66、100 MPa时,螺纹疲劳寿命随内压力增加呈现递减趋势,分别为1 094、1 050、901次。该研究结果对致密油等非常规油田在压裂过程中套管螺纹失效分析具有参考意义。     

非API标准BigOmega特殊螺纹接头连接性能数值分析

以德国非API标准的BigOmega特殊螺纹接头作为研究对象,应用有限元软件ANSYS建立计算力学模型,模拟套管柱接头行为,通过改变螺纹参数（高度、锥度等）,计算得出各扣牙相应的最大法向接触应力与最大接头Mises应力。分析螺纹参数变化对扣牙所受应力的影响规律,从而得到BigOmega接头螺纹参数的改变对套管接头连接性能的影响规律,进而为套管柱接头特殊螺纹扣型的选择提供依据,为套管柱设计提供更为有效的参考。     

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。     

基于残余应力的热采井套管安全评价分析

针对热采井中套管接头螺纹发生漏失和滑脱现象,采用有限元数值模拟,得到井筒的温度场分布,将温度场导入到应力场中计算套管残余拉应力与吞吐周期的变化规律,并进行曲线拟合,建立了适合于蒸汽吞吐过程中套管残余应力评估的关系式;结合套管的剩余强度和极限剩余强度对套管进行了安全评价。该研究结果为建立合理的热采井套管损坏预防措施提供了理论依据。     

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。     

论油、套管螺纹泄漏抗力的确定和螺纹形式的选择

传统管柱设计中,只校核油、套管螺纹的连接强度,而忽视螺纹泄漏抗力的校核,使一些油、气井因泄漏而导致失效。文中结合API螺纹密封的特点和影响因素,论述了油、套管螺纹泄漏抗力的确定方法及螺纹形式的选择,以供管柱设计时参考。     

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。