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。     

略论套管螺纹密封性能与紧扣扭矩和圈数的关系

分析和讨论了旨在提高套管螺纹联接密封性能的扭矩圈数新方法的基本思路及基本内容。论证了扭矩圈数法中应用最小紧扣扭矩和最小紧扣圈数两个标准来弥补尺寸上的偏差，消除了ＡＰＩ标准中一些不确定因素给密封性能带来的不良影响。以表格的形式给出了我国各油田常用的３种尺寸生产套管有关扭矩圈数法的基本技术参数，以及提高套管螺纹联接质量的控制规范。     

锥度设计对套管特殊螺纹接头密封性能影响

为进一步研究锥度设计对套管特殊螺纹接头密封性能的影响,利用ABAQUS有限元分析软件对不同锥度设计的套管特殊螺纹接头进行了上扣、拉伸、压缩条件下密封接触压力及接触长度的数值模拟。结果表明:内螺纹收尾处平切处理可有效提高密封面的接触压力和接触长度,扩大螺纹锥度的取值范围,但会减少全顶螺纹数量,平切深度越大,全顶螺纹数量越少,设计平切深度值时应全面考虑,避免影响接头连接强度;设计退刀槽可增加密封面接触压力和长度,但需注意其结构设计,避免造成配合螺纹的划伤或粘扣。     

螺纹公差带对偏梯形螺纹密封性的影响分析

API套管偏梯形螺纹由于公差带的影响,使螺纹牙之间存在间隙,形成螺旋状的空间间隙带,并受到螺纹牙高公差带、牙型角公差带、锥度公差带和牙顶、牙底弧半径公差带的影响。依据公差带产生的最大间隙,分析了4个公差带对螺纹密封性的影响大小。计算结果表明:牙高公差带影响最大,牙顶、牙底弧半径公差带影响次之,牙型角公差带影响最小,锥度公差带的影响受现场上扣情况的控制。提出了合理改善密封性的措施,有助于优化偏梯形螺纹设计和加工控制,为现场检查判断偏梯形螺纹的适用性提供了依据。     

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。     

φ339.7mm偏梯形螺纹接头套管密封性能和连接强度试验研究

对某油田φ339.7 mm×12.19 mm N80 BC偏梯形螺纹套管在检验过程中发现的接头紧密距不合格和外螺纹损伤问题进行了调查研究,并抽样进行了材质试验、上卸扣试验、水压试验和拉伸试验。结果表明,该批套管外螺纹接头紧密距不合格,但材质合格。对发生粘扣的套管螺纹接头进行修复,在控制的上扣位置上扣连接之后,套管内屈服强度和拉伸强度均达到了API BUL 5C2规定值。对如何安全使用该批套管提出了有效的措施。     

影响油管螺纹密封性能的各种因素

对影响石油油管螺纹密封性能的诸多因素进行了初步分析,总结出了影响石油油管螺纹密封性能的各种因素及其对密封性能的影响程度。澄清了在石油油管螺纹使用上的几个错误认识。明确提出了从设计、加工、使用等各环节保证石油油管螺纹密封的可靠途径。     

提高API螺纹油管和套管密封性的措施

API螺纹油管和套管由于在密封性能方面存在一定的缺陷 ,其使用受到了限制。为此 ,从API螺纹油管和套管密封的特点出发 ,提出 5项提高螺纹密封性的措施 :(1)改变螺纹加工公差 ,严格控制螺纹齿高、牙形角、锥度和中径的公差 ;(2 )使用特殊密封螺纹脂 ,即用国外产的Seallube螺纹脂和国产CATTS10 1螺纹脂 ;(3)提高螺纹表面处理的镀层厚度 ,使镀层厚度超过 6 0 μm ;(4)增加密封环 ,即在接箍螺纹部位加工密封槽 ,然后放置弹性密封环 ;(5 )严格控制上扣操作 ,采用扭矩 圈数及扭矩 位置等上扣控制方法。     

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。     

深水测试管柱螺纹连接密封性能分析

深水测试管柱的密封性能直接关乎测试过程的安全性和测试结果的可靠性。针对深水测试管柱多单根螺纹连接的密封问题,提出深水测试管柱密封弱点分析方法,结合深水环境下测试管柱密封性能的局部分析模型,建立经济有效的评估方案,并以我国南海某深水井为对象进行实例分析。分析结果表明,示例井测试管柱的螺纹连接满足不同测试工况的密封需求;深水测试管柱的密封弱点位置为悬挂器上部临近的螺纹连接处,深水测试管柱螺纹密封的接触压力峰区位于第1个相接触螺纹面的齿根处;随着测试产量的增加,测试管柱螺纹连接密封的安全性逐渐增加,弯曲载荷对测试管柱的密封性能影响较小,轴向力和内外压是影响深水测试管柱螺纹连接密封性能的关键因素。研究结果可为我国类似南海的深水测试管柱作业提供借鉴。     

磨损套管螺纹接头密封面力学特性

螺纹接头磨损是影响套管密封完整性的主要原因之一。由于套管螺纹接头结构特征复杂,常规计算模型无法得到解析解,实验研究也较困难,因此针对磨损条件下接头密封面力学特性的研究很少。鉴于此,建立了均匀磨损、偏心筒型磨损和月牙型磨损3种磨损形式的套管螺纹接头三维弹塑性有限元模型,基于ABAQUS软件分析了磨损深度为5 mm时套管螺纹接头在复杂载荷条件下的应力应变特征,研究了上扣扭矩、轴向拉力和弯矩作用下3种磨损形式对套管螺纹接头密封面力学特性的影响。研究结果表明,均匀磨损套管螺纹接头的密封面上存在较大塑性应变,且接触力比其他磨损形式大,密封失效风险较高。偏心筒型和月牙型磨损使得套管螺纹接头密封面接触面积、环形密封带最窄处接触宽度都有所降低,增加了接头局部漏失风险,影响套管螺纹接头的密封可靠性。     

石油套管螺纹联接质量的现场控制与评价

井下套管柱是石油钻采作业中心必不可少的部分,其质量直接影响到钻井作业的成败和油气井的使用寿命。螺纹联接部分是套管柱中最薄弱的环节,据统计,８６％ 的套管失效发生在螺纹联接部分。紧螺纹的扭矩、圈数及转速和螺纹密封脂、螺纹加工精度等都是影响螺纹联接质量的重要因素。下套管作业是最后一道关口,必须通过科学的作业方法,先进的仪器设备及严格、规范的管理来确保下井管柱的质量。本文在阐述影响石油套管螺纹联接质量的基础上,着重介绍了大港油田专业化下套管服务公司在石油套管下井作业实施过程中,对套管螺纹联接质量的监测、控制和评价方法及在实施作业过程中的体会和认识。     

API8牙圆螺纹公差与上扣扭矩的试验选择

在对ＡＰＩ标准分析的基础上，通过系统试验，找出了螺距，锥度，中径，接箍不圆度等叁数对ＡＰＩ８牙圆螺纹油管套密封性，连接强度及上扣扭矩－圈数相关性的影响，从而提出了内、外螺纹上扣配合的理想螺纹公差范围。     

柔性套管铰链接头力学分析

在合适的单元长度和铰链转角下,柔性套管可以较好地适应弯曲的井眼。在套管的提升过程中,由于提升力的作用,铰链接头的失效形式一般表现为铰链拉脱或强度不足。根据柔性套管铰链接头的结构和受力特点,对其受力进行了简化,建立了力学分析模型———受边缘力系作用的长圆筒,并给出了其变形的基本方程,得到了铰链边缘的径向位移和转角的计算公式,形成了完整的柔性套管铰链接头的力学分析模型。当铰链承受196kN的拉力时,铰链外筒的径向位移为051mm,对应的边缘转角为25°,铰链不会拉脱,强度校核满足要求。     

钻具螺纹接头螺纹牙载荷计算方法的探讨

钻具螺纹接头各圈螺纹牙承受的载荷分布是不均匀的，这对螺纹接头的疲劳强度影响很大。用有限元分析方法虽能精确地计算许多条件下螺纹牙的受力状况，但要系统分析各种因素对螺纹牙承受载荷的影响就不太方便。鉴于此，用数学分析方法得到了在预紧扭矩和外加轴向载行作用时钻具螺纹接头的变形协调方程，并求出其近似解，即螺纹各圈间载荷分布函数，据此讨论了影响各圈螺纹牙载荷分布的因素。分析认为，减小内、外螺纹接头截面积倒数之和，或增大螺纹牙啮合时的变形柔度，可使各圈螺纹牙载荷分布趋于均匀。     

微观泄漏机理在非API套管接头密封性能评估中的应用

将微观泄漏机理引入非API套管接头密封性能研究,旨在建立表面粗糙度和密封结构加工参数与微观气体泄漏率之间的函数映射关系。通过Monte Carlo随机正态分布抽样公式结合密封表面粗糙度加工参数,模拟得到服从正态分布和预设表面粗糙度值的粗糙表面轮廓曲线,依据不同样本容量和表面粗糙度下平均峰角、平均峰高和三角峰数目/样本容量等轮廓曲线形貌特征统计数据,分析得到模拟曲线几何共性特征。结合弹塑性力学接触理论和计算得到的粗糙表面几何形貌参数,建立具有几何共性特征的高硬度管体层锥体压入低硬度软金属镀层平面简化泄漏模型,将气体泄漏看作不可压缩稳定层流,推导出含有密封面微观几何形貌特征（平均峰角和平均峰高）的气泄漏率计算公式。将与套管接头主密封结构重要加工参数相关的总密封预紧压力代入微观气体泄漏率计算公式,得到适用于非API套管接头密封性能定量评估计算方法。泄漏率实例计算结果表明,不同表面粗糙度对应气体泄漏率相差一个数量级,且加工精度等级越高相差越明显。非API套管接头密封设计和性能评估必须考虑金属机加工表面粗糙度。     

论保证API油管螺纹连接密封性能的控制措施

根据多年从事油管螺纹加工和质量控制的经验体会，阐述了在油管螺纹梳刀的重磨及安装、油管螺纹的锥度误差、螺距误差、牙型误差及质量检测等方面所采取的保证API油管螺纹连接密封性能的控制措施。重点分析了直接用梳刀粗车和精车或用普通螺纹车刀粗车和梳刀精车油管螺纹的优缺点及牙型误差，指出正确的油管螺纹加工方法应是先用普通螺纹车刀粗车，再用梳刀精车。建议把油管螺纹梳刀牙顶及牙底削平高度参数的制造公差由±0．02mm提高到±0．01mm，并把油管螺纹的累积螺距公差控制在±0．02mm范围内，以提高API油管螺纹连接的密封性能。     

水下套管悬挂器螺纹连接强度分析

为保证油田的正常钻采作业,分析了水下套管悬挂器螺纹的连接强度。结果表明,套管悬挂器与套管螺纹连接组合中,最大应力出现在螺纹最后1扣,此处最容易发生屈服;内压对螺纹连接强度有较大影响,一定的内压值可以提高螺纹连接的强度;内压为20MPa时,套管挂与套管螺纹等效应力最大;内压大于20MPa时,内压对等效应力的影响有逐渐降低的趋势;随着压力等级的递增,套管螺纹等效应力在整个螺纹段更加均匀。     

GNY-Ⅰ型套管螺纹扭矩测量仪的研制与应用

在下套管作业过程中．对套管紧螺纹扭矩的实时监控是提高套管螺纹联接质量的重要方法之一。针对我国钻井队现有的设备情况．研制出了价格低、操作方便的GNY-Ⅰ型套管螺蚊扭矩测量仪。文章着重介绍了该仪器的组成、工作原理、技术指标及现场使用情况。