特殊螺纹气密封性数值模拟

利用ANSYS软件,以BGT1螺纹和FOX螺纹为研究对象,对不同轴向拉载荷作用下特殊螺纹的Von Mises应力及接触应力进行数值模拟研究。结果表明:特殊螺纹公扣密封面及母扣管体大端Von Mises应力较高,容易发生塑性变形,在相同轴向拉载荷条件下,FOX螺纹较BGT1螺纹更易发生塑性变形;随着轴向拉载荷增加,BGT1螺纹和FOX螺纹的接触长度不变,密封面上接触应力逐渐减小,气密封性能降低;在相同工况条件下,FOX螺纹的气密封性能优于BGT1螺纹,且相对于BGT1螺纹,FOX螺纹气密封性能受轴向拉载荷影响较小。     

一体化管柱油管特殊螺纹气密封性能研究

气井压裂投产一体化管柱在各种工况中,载荷变化较大,使得管柱的密封性能受到很大影响。以3种常用特殊螺纹接头为研究对象,运用有限元方法对其密封性能进行了研究。结果表明:随着轴向拉伸载荷逐渐增大,球面-球面和锥面-球面密封结构接触应力下降较快,柱面-柱面密封结构接触应力基本不变;内压与轴向拉力复合作用时,随着内压的增大,球面-球面密封受内压影响最大,接触应力上升较快;外压作用降低了密封面接触应力,使接头密封性能降低;在密封面结构选择上,3种密封结构各有优势,应综合考虑接触应力和接触面积,选择不同工况下相对适合的特殊螺纹接头。研究结果可为气井压裂投产一体化管柱的现场应用提供参考。     

特殊螺纹气密封性能评价研究

针对特殊螺纹实现高气密封能力的问题,基于密封接触应力分布及其变化规律建立了锥面对锥面主密封过盈接触应力以及井下载荷工况下扭矩台肩面实际接触应力计算模型,并且基于密封接触能机理和密封面极限屈服条件建立了特殊螺纹气密封性能定性评价方法。以锥面对锥面主密封为例,对比分析了7种井下载荷工况对密封面平均接触应力、密封接触长度以及主密封面和台肩面的密封性能影响规律,绘制了防泄漏安全系数为1.0、1.5和2.0时锥面对锥面密封结构的密封包络线。结果表明:轴向拉伸载荷和环空外压会降低主密封结构和台肩面密封性能,轴向压缩载荷和油管温度升高有利于提高主密封结构和台肩面密封性能,而气体内压对主密封面接触应力有自增强效应,但会降低台肩面接触应力;控制合理环空内压以及上扣时台肩面作用扭矩有利于减小井下载荷工况对油管特殊螺纹密封性能的影响;绘制的密封包络线可以方便地设计锥面对锥面密封结构参数。     

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。     

海洋生产立管接头特殊螺纹有限元分析

为了适应海洋水下生产立管的苛刻工况,设计了一种顶端张紧式生产立管螺纹接头,并采用有限元接触分析模型对该接头进行了相关的力学分析。通过Abaqus有限元软件计算对比了接箍螺纹与管体强度,模拟立管的上扣过程,计算最佳上扣扭矩,研究了该模型在上扣扭矩、上扣和内压、上扣和拉伸、上扣和拉伸及内压四种载荷下的密封性能。有限元分析结果表明,密封面接触压力随内压的增加而增加,单轴拉伸载荷使得密封面的接触压力有所减小,拉伸载荷和内压共同作用时密封面上的接触压力呈增加趋势,但是增加的幅度要比仅受内压作用时小。该海洋生产立管特殊螺纹的强度优于管体,密封性能可靠,满足设计要求。     

非API尺寸套管偏梯形螺纹接头设计

基于油田现场工况设计了φ206.38 mm×15.8 mmC110非API尺寸套管管体及非API偏梯形螺纹接头.对套管管体强度、螺纹接头连接强度和密封性能进行了计算分析.根据力学模型并利用有限元仿真分析方法,对螺纹接头在上扣、内压及拉伸条件下的受力进行了分析.最后对设计的螺纹接头的连接强度和密封性能进行了实物验证.结果...     

特殊螺纹接头密封性能与结构分析

油气井环境的日益苛刻对油套管的密封性能和连接强度提出了更高的要求。采用有限元方法分析了特殊螺纹接头的密封性能及结构特点,重点研究了现有结构在上扣转矩、轴向拉伸及内部内压作用下接头的应力分布和密封效果,获得了在各种工况下的失效载荷,并在此基础上,对此种特殊螺纹接头主密封结构、螺纹牙型进行设计、对比与分析。分析结果表明,在主密封结构的设计上需要综合考虑接触应力及接触面积等因素才能得到较好的密封效果;在螺纹牙型设计上,需要考虑螺纹加工对成本的影响,使用加工刀具及量具比较成熟的偏梯形螺纹是较好的选择。     

弯曲载荷下特殊螺纹油管接头应力有限元分析

利用Abaqus有限元软件建立了某特殊螺纹油管接头的三维有限元模型,分析了不同弯曲载荷下特殊螺纹油管接头的应力分布情况。结果表明:弯曲载荷对该型特殊螺纹接头的连接强度与密封性有一定的影响,而对连接强度的影响较大,随着弯曲载荷的增大各圈螺纹粘扣可能性就越大;弯曲载荷下密封面处接触应力相对于上扣作用下整体略有下降,受拉伸端台肩处由于存在间隙导致接触应力为零,但密封面处环向路径仍然保持了较高的接触应力。     

铝合金直连型套管接头密封性能分析

铝合金直连型套管接头具有压裂后钻磨效率高、下入性好等优点。当前国内外对铝合金材料套管接头研究较少,而压裂工况下对接头的密封性能又有较高的要求。针对上述问题,通过有限元模拟仿真与现场试验相结合的方法,分析铝合金直连接头的结构参数,接头过盈量以及载荷对密封性能的影响,从而得到最佳的接头螺纹过盈量和结构参数以及不同载荷对接头密封性能的影响。研究结果表明：密封面角度为16°,密封面长度为3.5 mm,扭矩台肩角度为逆向角-15°,密封面过盈量为0.4 mm,扭矩台肩面过盈量为0.06～0.08 mm时密封性能较好;在有轴向拉力作用时,密封性能会有明显下降,而轴向压力、内压和外压对密封性能影响可以不予考虑。所得结论可为铝合金直连型接头的设计和进一步改进提供指导。     

交变拉伸载荷下油管丝扣密封性能研究

针对高压注入井油管在服役环境下长期承受交变拉伸载荷作用存在泄漏风险的问题,通过搭建交变拉伸载荷下油管丝扣密封性能测试试验平台、优选试验设备及制定合理的试验步骤,对平扣、BGT扣、FOX扣油管试样在10~50 t拉伸交变载荷下的密封性能进行了模拟。模拟结果显示:对3种扣型油管试样施加同等拉伸载荷,其密封性能随交变次数增加而降低,降低幅度为平扣>BGT扣>FOX扣;50 t拉伸载荷施加5次后,3种扣型油管试样的密封性能分别为5.67 MPa、32.69 MPa、73.67 MPa。研究表明,平扣无法满足注入井的密封要求,BGT扣及FOX扣具有较好的适用性。研究结果为注入井油管扣型选择提供了依据。     

特殊螺纹接头密封可靠性数值分析

在实际加工中,金属对金属密封结构的特殊螺纹接头的参数是变化的,金属密封面上接触压力也是变化的。利用有限元概率分析功能建立了研究密封面上接触压力分布的方法,分析了特殊接头在锥度、密封直径、载荷等多个参数在随机变化条件下的密封面接触压力的分布规律,计算了密封可靠性。结果表明,不合适的螺纹参数匹配将导致密封面在拉伸载荷作用下失去密封能力。使用该特殊螺纹接头可靠性分析方法有助于优化螺纹密封结构与参数加工公差设计,进行管柱的可靠性设计与剩余寿命评估,提高接头的密封可靠性。     

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。     

我国油管内密封工具的现状分析

玻璃接头、油管定压接头、油管单向定压接头和油管堵塞器是目前各油气田使用较普遍的油管内密封工具。从结构特点、工作原理、优缺点及应用范围等方面对这几种工具进行了介绍、分析和比较，对现场的合理选用有一定指导作用。     

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。     

连续管钻井水力加压器结构设计

连续管钻井过程中,底部钻具组合无钻铤,钻压施加困难。为此,设计了一种适用于88.9 mm微小井眼连续管钻井的73 mm三级水力加压器,建立了水力加压器串联在涡轮钻具上方时产生的轴向推力计算模型。为了延长水力加压器的工作寿命,设计了密封性能优良的车氏密封结构;主活塞杆与主缸体之间采用矩形花键连接方式,并进行了矩形花键连接副的接触应力分析。计算与分析结果表明,在钻井液排量5.0～6.0 L/s、密度1.05～1.20 g/cm3条件下可产生50～90 kN的轴向推力,完全满足88.9 mm微小井眼连续管钻井需要。     

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。     

往复式抽油杆扶正器摩擦磨损试验装置设计

为了评价扶正器的使用性能,开发了往复式抽油杆扶正器摩擦磨损试验装置,装置主要由动力装置、往复运动机构、扶正器夹紧机构、载荷施加机构等组成。动力装置由电动机摆线针轮减速器通过联轴器、传动轴带动偏心轮旋转,偏心轮通过曲柄销带动连杆做平面运动;装置可更换不同尺寸的半油管和相应内径的半圆支撑环,对不同尺寸扶正器进行摩擦磨损试验。试验结果表明,该装置能较好地模拟油管和抽油杆扶正器之间的偏磨工况,拉杆与箱体之间的动密封采用跟随式波纹管密封,能方便地调节扶正器与油管之间的侧压力,自动补偿扶正器的磨损。     

水平井抽油杆载荷计算

按水平井抽油杆柱与油管不同接触状态，给出了在造斜井段、稳斜（斜直）井段抽油杆轴向力和抽油杆柱底端载荷的计算公式。对某井造斜井段的实例计算结果表明，抽油杆与油管间挤压力绝对值随轴向力绝对值增加而增加，上冲程时，造斜井段上部的抽油杆与油管间的磨损最严重。     

特殊螺纹油管密封性能超声检测方法研究

特殊螺纹油管密封面接触压力大小和分布对其密封性能有重要影响。对双粗糙表面施加压力模拟油管螺纹密封面接触过程,获取不同压力下接触界面超声回波信号,分析频谱特征参数与接触应力大小的关系。对幅度谱进行归一化处理,计算了不同压力及加载次数下每一频率下的反射系数。分析结果表明:归一化幅度谱出现两个极值,分别在5和8 MHz处,加载过程中频率发生偏移;反射系数随压力增加呈非线性减小,随加载次数增加,反射系数曲线趋于重合。计算了回波中心频率并进行了拟合,拟合结果表明,中心频率随接触压力呈双线性变化趋势,小压力范围内呈线性降低,压力继续增大时回波中心频率增大,且多次加载时,双线性交点向低压高频方向偏移。研究结果可为油管密封面接触压力超声检测的定量表征提供数据支撑。