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。     

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...     

API偏梯形螺纹套管三角形上螺纹标记疑点分析

API偏梯形螺纹套管内外螺纹机紧联接时，采用控制接箍端面与管体上三角形上螺纹标记之间相对位置的方式进行上螺纹。长期以来，从事石油工程的技术人员对此的理解和做法不统一。文章通过对相关标准、资料的对比分析研究，找出了疑点所在．为今后统一认识提供了可靠的依据。     

非API规格偏梯形套管螺纹的开发

为了满足特殊井况结构螺纹接头的需要,提出了非API规格套管设计方法,在原有API偏梯形螺纹齿形和参数的基础上,重新设计计算了中径、完整螺纹长度、管端至消失点总长度、接箍镗孔直径、管端至三角形标志长度和全顶螺纹长度等6项参数,对设计的非API规格偏梯形螺纹套管进行了有限元分析,并进行了拉伸试验和静水压试验。结果表明,设计的非API规格偏梯形螺纹套管性能满足相关标准要求,其抗拉伸及抗内压性能达到管体100％,抗压缩性能达到管体40%。     

244.5mm套管偏梯形螺纹接头L4长度公差分析及控制

某油田在检验一批244.5mm偏梯形螺纹接头套管时发现,管端至螺纹消失点的长度L4比公称值小25.22mm。虽然API SPEC 5B对套管偏梯形外螺纹接头L4没有规定公差,但依据APISPEC 5CT和油田规定的外径公差可以推算结果,L4的上偏差为39.11mm(7.7扣),下偏差为-17.39mm(3.42扣)。分析结果表明:该批套管L4实际公差已经超过推算出的L4负公差,使套管接头密封性能降低22.0%,并降低了螺纹连接强度。     

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。     

φ244.5 mm套管偏梯形螺纹接头有限元分析

根据φ244.5mm（95/8英寸）套管偏梯形螺纹接头的实际工作情况,建立了预紧力、轴力、内外压力、弯矩和扭矩等载荷工况的力学模型,并依据力学模型建立了该接头的有限元网格模型.采用弹塑性接触问题的有限元分析方法分析了上扣、下套管、旋转套管3种典型工况下该接头的接触压力分布、应力分布和应变分布,可以揭示螺纹接头接触区和牙齿的弹塑性行为,对工程应用有重要的指导作用.研究表明：偏梯形螺纹接头的前3个牙齿和最后3个牙齿的应力和接触压力都很大,螺纹连接在这些部位后很容易发生粘扣.     

Φ139.7mm套管偏梯形螺纹接头的有限元分析

采用有限元方法分析了φ139.7 mm（5 12英寸）套管偏梯形螺纹接头的等效应力分布和接触压力分布规律。分析结果表明：随着轴向拉伸力的增加，套管接头上的等效应力峰值逐渐增大；轴向拉伸载荷较小时，在有过盈配合的情况下产生的最大等效应力大于仅承受相同轴向载荷时产生的最大等效应力值；当轴向拉伸载荷较大时，在有过盈配合的情况下产生的最大等效应力反而小于仅承受相同轴向载荷时产生的最大等效应力值。螺纹接头两端是发生断裂破坏的始发点，螺纹间的接触压力主要发生在套管螺纹端部啮合的1~3牙内，其接触压力分布是不均匀的，随着轴向拉力的增加，接触压力增大。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

螺纹脂对API螺纹接头密封性的影响

通过对ＡＰＩ螺纹接头特点的分析，考察了不同类型螺纹脂对ＡＰＩ螺纹接头密封性的影响。ＡＰＩ螺纹啮合后存在的螺旋性间隙是导致螺纹接头泄漏的根本原因。螺纹接头的密封性主要取决于螺纹的加工参数，但螺纹脂对螺纹接头的辅助密封作用不应被忽略。认为在螺纹参数确定以后，螺纹脂对密封性有一定的影响，螺纹脂选择适当可以提高并保持ＡＰＩ螺纹接头的密封性能。     

偏梯形螺纹套管紧密距检验粘扣原因分析及上卸扣试验研究

对某油田在检验Ф339．7mm×12．19mm N80偏梯形螺纹套管过程中发生的粘扣问题进行了调查研究，并取样进行了上卸扣试验后认为，粘扣原因是在检验紧密距过程中环规在旋合时与外螺纹接头配合状态不正常，在局部区域形成过盈干涉所致。选用适当的润滑油可以减小粘扣的几率；经过表面处理的螺纹接头在检验紧密距过程中不容易发生粘扣。要保证该批套管正常上扣连接使用，必须使用对扣器和引扣钳，并采用低速上扣。     

几种特殊套管螺纹接头

文章对3种特殊套管螺纹接头进行分析，阐述了其螺纹形式、密封形式、扭矩台肩等结构特点，并给出了使用特殊螺纹套管应注意的事项。     

我国油套管特殊螺纹接头质量探讨

分析了当前我国特殊螺纹接头的整体水平,指出我国特殊螺纹接头存在的设计创新不足、种类不能满足生产需要和寿命较短等问题。从特殊螺纹接头结构设计、管坯几何尺寸及性能、特殊螺纹接头加工工艺及设备精度、螺纹测量方法和检验能力、表面处理工艺等方面分析了生产特殊螺纹接头过程中影响生产质量的重要因素,提出了提高特殊螺纹接头生产质量的重要途径。     

API圆螺纹套管外螺纹接头紧密距测量及判定

针对APISpec5B标准圆螺纹套管量规只是参照短圆螺纹的尺寸进行设计和加工,需要用一种规格的量规测量外径相同,但螺纹几何尺寸不同的多种规格的长、短圆螺纹套管,增加了判定紧密距测量结果难度的问题,提出了凹入量的概念,澄清了凸出量、凹入量及紧密距三者之间的关系。指出APISpec5B标准推荐公式的不足,总结并给出1组新的方便可行、易于理解又不易出错的紧密距计算公式供测量时使用,以避免检验时产生误判。分析表明,实际测量的凸出量、凹入量均不是紧密距,而是对紧密距的间接测量,但可以由此判定紧密距是否合格。     

?244.5mm套管长圆螺纹接头有限元分析

基于虚功原理和变分原理,建立了套管螺纹与接箍螺纹弹塑性接触的有限元分析方法,在该方法的基础上建立了?244.5mm(95/8in)套管长圆螺纹接头的有限元力学分析模型,研究了预紧力、轴力、内外压力、弯矩和扭矩等载荷的施加方式,并模拟分析了长圆螺纹接头在3种典型工况(模拟上扣、模拟下套管、模拟旋转套管)下螺纹牙齿的接触压力、位移场和应力场分布规律。研究结果表明:3种典型工况下螺纹牙齿的接触压力、位移场和应力场分布规律基本一致,长圆螺纹接头前4颗牙齿的Von Mises应力和接触压力都最大,在其余牙齿上的Von Mises应力和接触压力分布比较均匀,出现了明显的应力集中区域,将导致螺纹连接在应力集中部位容易失效。