快速上扣螺纹接头的有限元分析及优化设计

快速上扣螺纹接头是一种适用于大口径套管的接箍螺纹连接方式,具有对扣容易、上扣效率高、不错扣的特点,特别适合于海上等恶劣环境作业.根据市场需求,宝钢开发出了自主知识产权的快速上扣螺纹接头.介绍了宝钢快速上扣螺纹接头的优化设计过程,利用有限元方法对齿形角、螺纹中径、锥度、连接强度等进行分析,确定了接头的优化结构.开发的快速上扣螺纹接头产品分别在宝钢实验室和西安管研院完成并通过了全尺寸实物性能试验,13.375 in规格已在油田完成下井试验,证明产品的上扣完整性、密封完整性、结构完整性满足油田使用要求.     

油套管螺纹接头的发展

接头是油套管产品的重要组成部分之一,也是石油、天然气开采中油套管柱中最薄弱的环节。接头的实体性能、使用性能和经济性是油套管主要指标。介绍了国内外油套管接头的发展:从最初API圆螺纹、长圆螺纹、偏梯形螺纹接头到各个厂家推出的具有各项突出性能的特殊螺纹接头,再回归到具有实用性的经济型油套管接头。介绍了具备密封完整性、结构完整性和重复上卸扣完整性的经济型气密封油套管接头的开发与进展。     

宝钢经济型油套管接头产品开发及应用

油套管接头的性能是油套管管柱重要质量指标之一,其选用条件是根据油气田工况条件,采用API扣型和特殊螺纹扣型。对于低压低产气井,选用API扣型不能保证气密封性能,选用特殊螺纹扣型价格贵、成本高,因此,没有合适的扣型选用。宝钢根据油田低压低产气井工况条件,设计开发了经济型油套管产品,产品通过全尺寸实物性能试验,其上扣完整性、密封完整性、结构完整性达到了产品设计要求,并在油田完成了下井试验,产品满足了油田实际工况的要求,实现了实用性和经济性的统一。     

API套管圆螺纹接头粘扣失效分析

粘扣是套管接头的失效形式之一，它发生在套管上扣操作过程中的螺纹处。套管一旦发生粘扣，直接影响到套管柱的密封性能和连接强度。通过对套管接头的上卸扣实验和接头螺 凶数值计算，对套管产生粘扣的原因进行了研究，并利用摩擦磨损机理，描述了粘扣的产生过程。     

API圆螺纹套管接头上卸扣力学性能实验研究

为了深入了解上卸扣工况对套管接头力学性能的影响,给研究套管接头产生粘扣的力学因素提供实验依据,采用在套管接 头内外表面巾应变片的方法,利用全尺寸上卸扣试验机,对套管接头进行了重复上卸扣实验,测量了接头内外表面应变和上卸扣扭矩。通过实验结果分析,确定了影响接头粘扣的主要力学条件和部件,所确定部件与实际操作过程发生粘扣部件相吻合,采用增大接箍螺纹端部锥度,降低端部接触压力的方法,提高了套管的抗粘扣性能     

直连型油套管接头结构设计与分析

直联型油套管在石油深井、超深井钻井、特殊间隙固井、修井等作业中有重要应用,但整体连接性能较低。本文对直连型特殊扣油套管产品进行优化设计开发,通过有限元分析方法,选出最优设计方案,并根据API RP 5C5 2017版标准的试验方法,验证了接头上、卸扣能力和气密封能力。结构优化后的特殊扣采用勾型齿形和球对锥的密封结构,合理的结构使优化后的特殊扣接头具有优异的抗粘扣性能,较高连接强度和抗内压性能,能够适应日益复杂的井况。     

油套管螺纹的“黑皮扣”现象浅析

"黑皮扣"是油套管螺纹加工中的难题,也是油套管螺纹接头测量和使用的隐患。介绍了标准API与特殊螺纹油套管"黑皮扣"的定义与判定方法、油井管生产与检验过程中对"黑皮扣"认识的误区、"黑皮扣"在使用过程中的危害。重点从管体来料、加工工艺方面,解析了油套管螺纹加工产生"黑皮扣"的原因及改进措施。通过调整螺纹锥度和中径等,减少"黑皮扣"产生的概率,对油套管设计、加工生产与检验具有指导意义。     

计算机仿真和全尺寸实物试验在特殊螺纹接头油套管研究开发中的应用

特殊螺纹接头油套管应用在深井、超深井、高压气井和热采井等油田采油工况.在研究开发中,产品结构和使用性能是两个重要的指标.本文介绍了应用计算机仿真和全尺寸实物试验进行特殊螺纹接头油套管研究开发的方法.在计算机仿真方面,通过模拟不同工况,对特殊螺纹接头的密封面进行了结构优化,减少了样品加工和试验的数量,降低了开发费用;在全尺寸实物试验方面,模拟油田的实际工作情况,掌握了产品的性能,提出了合理的上扣扭矩.两者的结合使开发出的产品在上扣、结构和密封等的完整性方面,完全满足油田用户要求.     

石油工业用油管套管生产技术的发展

介绍了石油工业用油管套管和管体特殊扣联接接头性能的发展情况,以及美国石油学会API标准中对套管的机械性能,硬度等指标的规定。     

复杂井况条件下的管柱完整性研究及产品开发

研究了在复杂井况条件下(如三超气井)所存在的管柱完整性问题,从油套管材质、接头类型、管柱设计和施工工艺等方面阐述了管柱完整性的影响因素。通过对油套管在复杂井况下的应用研究,发现酸化液和完井液在建井初期对管柱的腐蚀与在生产过程中的腐蚀同等重要。而对于复杂井况下的螺纹接头,不仅需满足ISO13679 CALⅣ级的标准要求,还需对接头进行具体工况和工艺下的适用性试验验证。最后介绍了宝钢针对复杂工况井开发的油套管产品的持续改进和新产品开发等成果。     

计算石油套管特殊螺纹接头e_m值的一种新方法

介绍了API标准中关于石油套管螺纹接头em的计算公式。基于此理念,引导出计算石油套管特殊螺纹接头em值的计算公式,并给予解析说明。应用计算机机械制图法,详细给出了计算em的简单、便捷的一种新方法。该特殊螺纹接头值em的计算求法适用于石油套管行业特殊螺纹接头的生产应用,可供参考使用。     

石油套管用钢J55钢卷翘皮原因分析

介绍了唐钢1580生产线生产J55石油套管用钢的工艺流程、产品性能及钢卷表面出现翘皮缺陷的现象。通过对比分析,查明产生翘皮缺陷的原因主要与连铸过程的工艺控制有关,连铸拉速的波动导致板坯表面微裂纹和重皮的形成,轧制后即在钢卷对应区域产生翘皮缺陷。粗扎立辊轧制力的大小不是造成翘皮缺陷的主要原因,但对翘皮的严重程度有一定的影响。     

抗挤毁套管通径工艺研究

研究了抗挤毁特殊通径套管的特性,论述了管坯加热、工艺参数调整和生产过程控制对套管性能的影响。分析了抗挤毁特殊通径要求的套管的生产情况,并对生产过程中出现的重点、难点进行了攻关。试验数据表明:采用大外径和提高壁厚精度的方法,结合生产过程控制,套管的性能完全达到了客户要求。     

4130连铸圆坯质量控制研究

山东钢铁股份有限公司莱芜分公司通过控制电炉终点碳在0．12%-0．25％;LF精炼渣碱度B=3．0;VD炉真空度小于67Pa保持时间大于25min;连铸采用氩气密封水口保护浇铸;过热度控制在（20±5）℃;结晶器电磁搅拌电流I=200A、频率F=3Hz;同时采用动态二冷配水技术,成功开发的4130连铸圆坯[O]≤20ppm,[N]≤80ppm,[H]≤2ppm;低倍组织≤1．0级;锻件夹杂物A、B≤1．0级,C、D、Ds≤0．5级;锻件超声波探伤≥3级;圆坯的尺寸、外形以及碳偏析等各项指标均满足了石油套管连接件用钢技术要求。     

数值仿真技术在石油套管制造中应用的展望

介绍了数值仿真技术在石油套管制造中的应用。通过石油套管制造过程的模拟仿真，可以在设计阶段发现潜在的问题，降低原材料成本，优化产品制造工艺，缩短产品研制周期，加快产品投向市场的步伐，增加产品的质量和可靠性。为石油套管制造工艺由经验制订向理论制订的转变奠定坚实的基础，提高石油套管产品的技术含量，增强国际竞争能力。     

油层套管射孔性能的材料判据研究

介绍了油层套管经受射孔操作的过程，射孔对套管的要求，检评套管射孔性能的传统实验方法。提出了用材料性能检评油层套管射孔性能的方法和判据。     

宝钢钻井用套管实物性能试验研究

针对套管在钻井过程中受到不同程度磨损的情况,模拟套管均匀磨损和偏磨工况,采用全尺寸实物试验方法,对宝钢Φ139.7×9.17 mm P110钻井用套管进行了拉伸失效和静水压试验研究。研究结果表明:宝钢钻井用套管,在上、卸扣试验中螺纹和密封面未发生黏着磨损,拉伸失效载荷大于API BUL 5C2规定接头连接强度最小值17.7%,失效内压值大于API BUL 5C2规定最小内屈服强度46.7%。对该产品进行了钻井试验,完成油层套管钻井井深1 160 m,满足了油田使用要求。     

TP150TT高强度高韧性抗挤毁套管研制开发

介绍了①177．8×12．65mm规格深井用高强度高韧性TP150Tr抗挤毁套管的开发情况。研究了与高强度高韧性抗挤毁套管生产相关的纯净钢冶炼技术、高精度无缝管轧制技术、高韧性套管材料的热处理技术及强韧化机理。该产品的屈服强度达到1100MPa以上,同时横向冲击功在120—140J,纵向冲击功140～160J,管体实际抗挤毁强度在20000Psi以上。     

火驱采油套管的试制开发

根据火驱采油工作条件的特点,试制了复合添加Mo、W、V等合金元素的含Cr3%的火驱采油用BG80H-3Cr耐热套管。检测结果表明,所开发的产品在室温至450℃的使用温度范围内屈服强度均在API标准的N80钢级范围。在400℃加载250MPa的条件下未发生蠕变,550℃运行1万h的高温持久强度的理论值为169MPa。套管试样在550℃空气介质下的氧化速率为0.01g（/m2·h）,抗CO2腐蚀能力与普通N80套管相比提高11倍。