API圆螺纹接头连接强度的影响因素研究

API圆螺纹接头经常发生滑脱失效事故,严重影响了这种接头油套管的应用。为此,利用有限元法研究了API圆螺纹接头发生滑脱失效的过程与机理,同时分析了螺纹参数和上扣扭矩对接头连接强度的影响。通过对17个圆螺纹套管接头试样进行全尺寸试验,对有限元模拟结果进行了验证。试验和计算结果表明,圆螺纹油套管滑脱失效最先发生在啮合大端的第1、第2牙螺纹上,螺纹参数尤其是不匹配的锥度对接头滑脱失效影响很大,同时上扣扭矩也有显著影响。建议将上扣扭矩在API扭矩的基础上再提高(15~20)%,这样有利于接头连接强度的提高。     

J55钢套管螺纹漏水的原因及对策

针对J55钢套管出现螺纹连接处漏水现象,通过锰盐磷化和锌盐磷化接箍进行上卸扣试验分析,认为螺纹粘扣是造成螺纹连接处漏水的主要原因。从上扣扭矩、接箍磷化、螺纹脂、螺纹参数及螺纹表面质量几方面对影响粘扣的因素进行了详细分析,提出了合理的上扣扭矩量、优化的螺纹参数、优良的磷化工艺以及选择优质的螺纹脂,可从根本上解决套管接箍端螺纹漏水问题。     

改进上扣控制方法提高油套管螺纹连接质量

上扣控制是保证API螺纹油管、套管使用性能的重要环节,现场调查发现,许多滑脱、泄漏、粘结等失效事故均与上扣控制有关。文中分析了目前各种上扣控制方法的优缺点,并针对我国油田上扣控制中存在的问题,提出了相应的改进措施。     

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。     

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。     

油套管上卸扣扭矩准确度的影响因素及改善措施

上卸扣扭矩是提高油套管螺纹连接性能的重要因素,为了更准确地检测上扣扭矩,提高上扣质量,分析了上卸扣过程中传感器精度、整机精度以及采集精度等对上卸扣扭矩的影响,并对2种规格的4组样管进行上扣对比试验。结果表明,通过改变校准方法及采样频率等可降低上扣扭矩的离散型及不准确度。最后建议在油套管上扣过程中,采用6个及以上钳牙上扣,均匀夹持接箍,并将背钳调制在水平位置进行上卸扣,可以提高上扣质量,保证油套管螺纹连接的强度。     

油套管螺纹接头密封面粘扣试验与分析

为了研究油套管螺纹接头不同密封结构参数与密封面粘扣的关系,以Φ346.08 mm×15.88 mm P110套管特殊螺纹接头为例,设计了不同的密封面参数,并进行实物上、卸扣试验,通过试验分析提出可以用摩擦功这一量化指标来表征密封面抗粘扣性能。研究表明,当摩擦功小于387 kJ时,粘扣风险较低;密封结构不匹配会导致密封面接触发生“犁削效果”,即使摩擦功很小也会发生粘扣,属于非正常摩擦磨损。     

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。     

特殊扣套管在川东地区的使用及认识

文章介绍了日本国产的５种特殊扣套管的结构特点、性能对比及下井使用要求，以及与长圆扣套管特性之间的对比。通过在川东钻探公司２３口井的使用，证实其效果很好。并且提出四川地区的深井、高压气井固井应主要选用３ＳＢ特殊扣套管的观点。     

基于三维有限元模型的钻具连接螺纹上扣扭矩影响分析

建立了钻具连接螺纹的轴对称和三维空间有限元模型,分析了钻具螺纹在给定上扣扭矩作用下外螺纹和内螺纹的应力变化。在相同上扣扭矩作用下,空间模型较轴对称模型螺纹第1扣根部应力增大了20%左右。分析出由于空间螺旋效应对钻具螺纹应力的影响,为钻具连接螺纹的失效分析和轴对称分析的研究方法提供了理论依据。     

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随着石油工业的不断发展，深井、超深井、水平井和大位移井越来越多，而这类井由于其自身的特殊性，在钻井过程中钻具在井中旋转及起下钻对套管内壁造成磨损，导致其抗挤强度、抗内压强度等使用性能降低，对油气井的安全构成威胁，因此，套管设计时应当考虑磨损对抗挤强度的降低问题。API Bul 5C3挤毁压力公式没有考虑磨损对套管抗挤强度的影响。章主要通过有限元法并辅以理论分析，深入研究套管内壁磨损对其抗挤毁性能的影响规律，分别详细比较“月牙形”磨损模型与偏心筒近似磨损模型、最小壁厚均匀磨损模型之间的差异，并从挤毁强度降低的机理上阐述导致这些差异的原因所在。     

非API规格偏梯形螺纹接头套管连接强度计算

通过对塔里木油田250.83 mm套管使用情况调研,发现目前使用的250.83 mm套管采用API 244.48 mm偏梯形螺纹接头,其连接强度远低于管体。设计了与250.83 mm套管管体匹配的250.83 mm非API规格偏梯形螺纹套管接头。通过力学计算和有限元分析,证实250.83 mm管体配250.83 mm非API规格偏梯形螺纹接头套管比现有250.83 mm管体配API 244.48 mm标准偏梯形螺纹接头的套管连接强度大幅度提高。通过对API标准套管接头连接强度公式进行分析,得出了既可满足API套管连接强度计算,又可满足非API标准套管接头连接强度计算的公式。     

某井圆螺纹套管接头滑脱事故分析

针对套管接头滑脱事故,采用理论与试验相结合的方法,对脱扣接箍进行宏观分析、尺寸检测、螺纹参数测量;对脱扣接箍和同批次管体分别进行材质理化性能检验;对同批次2组套管试样进行实物试验;对套管柱抗拉强度进行校核;对套管接头进行拉伸条件下的有限元分析;并对脱扣接箍工厂端端面的承载能力作了详细计算和分析。结果表明：接箍承载面宽度过小和油田现场瞬时提拉载荷过大是套管接头发生滑脱失效的重要原因;吊卡装配未对中导致接箍承载面受力不平衡而增大了螺纹接头滑脱的倾向。提出了具有针对性的解决措施。     

石油套管几何缺陷对抗挤强度的影响

在考虑几何缺陷等因素的条件下,建立了计算套管挤毁的有限元模型,并根据试验结果对模型进行了验证。该模型具有较高的计算精度,可用于石油套管挤毁计算的有限元模拟。将不圆度和壁厚不均度分开考虑,分别计算出其中一种缺陷因素影响下套管的抗挤强度。结果表明,理想圆管的承载能力高于存在几何缺陷的套管;不圆度对抗挤强度的影响较大;壁厚不均度的影响相对较小。     

锯齿形螺纹接头油管连接强度影响因素研究

通过有限元方法对锯齿形螺纹接头进行拉伸条件下破坏失效规律研究,同时对螺纹啮合长度和壁厚对连接强度的影响进行了分析,并通过全尺寸试验进行了验证。分析表明:锯齿形螺纹接头断裂强度高于滑脱强度,接头的拉伸失效破坏形式为断裂;螺纹啮合长度对锯齿形螺纹接头连接强度有较大影响;为了保证连接强度,应该上扣到位,保证螺纹啮合长度;管端壁厚和偏心对锯齿形螺纹接头连接强度有显著影响,建议应该控制最小壁厚和偏心度。     

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用弹塑性有限元方法 ,建立了套管的有限元力学模型。给出了磨损量、抗内压强度系数的确切定义。对套管内壁不同磨损量的抗内压强度系数进行了分析计算 ,得出了套管的抗内压强度与内壁磨损量成抛物线关系。并分析了不同磨损量时 ,在内压作用下 ,套管管体达到屈服时 ,磨损量与抗内压系数、套管内VonMises应力以及套管内的位移变化关系。并得出了P110× 2 4 4 .4 8mm× 11.99mm套管结构尺寸下 ,磨损套管抗内压系数与其磨损量的经验公式 ,为磨损套管柱设计提供理论数据。     

石油管粘扣机理、分类要点及影响因素的研究

论述了石油管在加工检验及使用中，发生粘扣失效的力学本质、分类要点、形貌特征及各种影响因素。研究结果表明：接触应力、上扣扭矩、螺纹啮合时的几何约束，是齿面粘扣的力学要点。擦伤、冷焊和粘着摩擦是粘扣失效的三种类型，影响粘扣的因素包括上扣扭矩、接箍夹持、表面镀层及现场操作等多重原因。     

SEW J55 钢级LC套管螺纹连接质量影响因素探讨

为了进一步分析SEW J55 LC套管螺纹连接质量的影响因素以及套管发生异常脱扣失效的原因,以Φ139.7 mm×7.72 mm SEW J55 LC套管为例,从套管使用工况、螺纹加工参数、拧接扭矩控制等方面进行了试验研究。结果显示,SEW套管在弯曲状态拉脱试验、螺纹参数极限匹配下拉脱试验的拉脱载荷均高于API TR 5C3标准要求。研究表明,按照内控标准生产加工的SEW套管满足标准要求,弯曲工况、螺纹加工工艺、存放时间和J值均不是套管异常脱扣失效的原因。为提升SEW J55 LC套管螺纹连接质量,预防套管在油田使用中出现异常反拧退扣,建议将拧接扭矩在推荐标准基础上增大10％执行。     

基于API圆螺纹的气密封螺纹开发及评价

如果能在相对成本最低的API圆螺纹的基础上开发出一种低成本气密封螺纹替代目前的特殊螺纹接头,将带来巨大的经济效益。为此,按API Spec 5B标准,基于圆螺纹设计并加工了一种气密封螺纹结构,接箍中间增加了弹性密封圈,依靠弹性密封圈与套管螺纹的过盈配合实现密封。采用MSC.Marc/Mentat有限元分析软件对其进行了极限承载能力评价,然后按照ISO 13679标准对?73.02×5.51 mm J55钢级气密封螺纹实物进行了ISO 13679 B系试验、C系试验及弯曲条件下气体内压加拉伸试验。结果表明:(1)该气密封螺纹结构气密封性能良好,封堵管端最终内压循环与热循环试验的结果符合ISO 13679标准的要求;(2)该气密封螺纹结构抗内压强度、抗拉伸强度和抗外压挤毁强度均大幅高于GB/T 20657标准的要求。结论认为,该气密封螺纹结构可以在鄂尔多斯盆地低压气井开发中使用,具有大幅度节约套管成本的潜力,也可供新型气密封螺纹结构的设计借鉴。