石油套管特殊螺纹接头密封结构设计方法

API标准石油套管螺纹接头由于结构设计缺陷,其密封性能不能满足高温高压的使用需要。提出锥面与圆弧面配合的特殊螺纹接头密封结构形式,采用具有辅助密封效果的倒钩抗扭矩台肩,通过优化选取密封面的锥度、长度及过盈量,严格控制密封面的接触压力,保证结构具有良好的密封性能。全尺寸评价实验结果表明,该接头的密封性能达到了使用要求,说明确定的特殊螺纹密封设计方法是可行的。     

特殊螺纹接头主密封优化研究

以特殊螺纹接头为研究对象,采用有限元分析的方法,分析常规锥面/锥面密封结构、变锥面密封结构以及逆向台肩3种结构主密封面上接触压力分布规律,并在此基础上提出一种改进型密封结构。有限元分析结果表明:锥面/锥面密封结构主密封面上接触压力分布不均,有效接触长度很短;变锥面密封结构和逆向台肩能够在一定程度上改善接触压力分布,但密封结构参数对接触压力分布影响很大;改进型密封结构综合了上述结构的优点,主密封面上接触压力呈现U型分布,并且在拉伸载荷作用下有着更高的稳定性。     

石油套管特殊螺纹接头的密封设计

利用有限元技术和全尺寸试验相结合的方法,研究了石油套管特殊螺纹接头密封设计的方法。给出了设计石油套管特殊螺纹接头时,既能保证其密封性,又不至于发生粘结损坏的条件。最后利用数控机床加工出了这种接头,并进行了全尺寸评价试验,结果显示该接头的密封性能达到了设计目标,表明确定的特殊螺纹密封设计的方法是可行的。     

特殊螺纹接头双主密封结构密封性能分析

针对油气井日益苛刻的环境,基于特殊螺纹密封机制,提出一种由锥面对锥面和柱面对球面组合的双主密封螺纹接头结构。采用有限元法对比分析双主密封、锥面对锥面密封、柱面对球面密封3种主密封结构在上扣、拉伸、压缩、拉伸和内压、拉伸和内外压5种工况下,密封面接触应力、接触长度的变化情况,得到3种主密封结构的密封能力随载荷的变化规律。分析结果表明,与单主密封接头相比,该双主密封接头在不同载荷下锥面和柱面上的接触应力分布更均匀,接触长度更长且接触应力峰值更小。全尺寸试验结果表明,该双主密封接头的密封性能达到了使用要求。     

基于ISO 13679A系载荷的特殊螺纹接头密封性能仿真研究

基于ISO 13679标准和密封性能机制,借助有限元软件对某特殊螺纹接头进行高温和室温环境下A系全包络线载荷试验评价,分析其在服役环境下的密封性能。依据密封性能机制分析不同载荷循环后的密封能与密封能倍数变化规律,并对关键载荷点进行密封性能的对比分析。研究表明：特殊螺纹接头对高温（180 ℃）和室温95%VME（等效应力水平）包络线载荷循环相对敏感,密封面的平均塑性应变是影响接头密封性能的重要因素,一次完整A系循环试验后,特殊螺纹接头密封面上的接触应力和接触长度均减小,接头整体仍能保持气密封性能。运用有限元分析方法可有效模拟ISO 13679 A系试验过程中的受载条件,且密封性能仿真结果与实物试验结果一致。该方法可提高特殊螺纹接头的开发效率,具有替代实物试验的可行性。     

特殊螺纹油管接头重复上卸扣后的密封性能研究

ISO 13679规定特殊螺纹油管的气密封试验需要在9次上卸扣后进行,且特殊螺纹接头的上扣性能直接影响到其服役时的密封性能与连接强度。为探索有限元方法动态模拟多次上卸扣试验的可行性,建立了某锥面-锥面密封型特殊螺纹油管接头上卸扣的有限元模型,对该接头进行了9次上卸扣的全过程模拟,仿真分析了该接头的密封性能,并进行了实物试验验证。研究结果表明：特殊螺纹接头的气密封性能随着上卸扣次数的增加而降低,最终其密封指数降低为第1次上扣时的73%;密封面处的塑性应变是影响接头密封性能的重要原因;随着上扣次数的增加,特殊螺纹接头的密封接触长度呈现先减小后增大的趋势;在上卸扣过程中密封面过盈量的变化较为显著。通过与实物试验的对比,验证了该方法的可行性与准确性,为深入了解上卸扣试验对接头密封性能的影响提供了有效方法。     

温度载荷对特殊螺纹油管接头密封性能的影响

为分析高温、高压及轴向力复合作用对特殊螺纹油管接头密封性能的影响,在考虑螺纹升角的情况下采用SolidWorks建立接头三维有限元模型,在有效模拟接头上扣的基础上,分析轴向力与内压共同作用下不同温度对接头密封面和台肩完整性的影响.结果表明:复合载荷作用下,随着温度升高,密封面和台肩Mises应力增大,密封面接触压力减小,台肩接触压力持续增大.复合载荷作用下接头密封面接触良好且未发生塑性变形,同时台肩对接头起到良好的辅助密封作用.     

J55特殊螺纹接头油管的强度性能分析

对J55高强度无台肩特殊螺纹接头油管的上扣性能和四种极限失效方式的应力分布进行分析,该结构油管接头上扣后内壁齐平,有利解决抽油杆对油管的偏磨。对规格为Φ73.02×5.51 mm的J55高强度无台肩特殊螺纹接头油管进行理论建模,上扣分析、四种极限载荷失效方式(拉伸至失效、压缩至失效、内压至失效、外压至失效)的应力分布及理论极限失效载荷分析,螺纹接头在各种条件下的整体应力分布及合理性分析,密封环接触应力分析。有限元分析表明上扣后油管结构应力分布合理;密封环均保持较高的接触应力,与接头对顶的端面作为辅助密封也一直保持较高压力,特氟龙密封环的主密封和端面辅助密封共同起作用,使接头表现出良好的密封能力;四种极限载荷的失效载荷(分别为408.9 k N、584.1 k N、84.0 MPa、87.0 MPa)均高于API标准中该规格圆螺纹的强度要求,螺纹接头应力分布合理。上扣时该规格螺纹接头的螺纹中径过盈量可以适当减少,以提高抗粘扣性能;在四种极限载荷失效方式下,高强度无台肩特殊螺纹接头油管性能较好,均满足API标准中该规格圆螺纹的强度要求;密封环具有良好的主密封和辅助密封效果。     

石油套管特殊接头螺纹参数与密封性能的关系

随着我国钻井深度的增加和海上油田的开发,特殊螺纹接头的需要量越来越多,引起了油管制造企业加大了对油管的重视程度和研究力度。文章以锥面/锥面、柱面/球面两种密封结构的特殊螺纹接箍为研究对象,分析其在上扣及拉伸工况下主密封面和台肩的接触压力受主要螺纹参数的影响及分布规律。有限元计算结果表明:两种密封结构特殊螺纹接箍的台肩接触压力受螺距偏差、锥度偏差的影响较为敏感,密封面接触压力则受中径偏差、锥度偏差的影响较大。总之,锥面/锥面结构套管接箍的台肩接触压力在上扣工况下受到偏差影响较小,柱面/球面结构套管接头的密封面接触压力比锥面/锥面结构更少受螺纹偏差影响。     

油套管特殊螺纹密封性能数值仿真研究

油套管特殊螺纹主要通过金属对金属的径向过盈主密封结构保证油套管连接的气密封性能。针对特殊螺纹密封性能开展数值模拟评价研究,并提出优化特殊螺纹气密封结构的方法。首先建立了特殊螺纹锥面对锥面密封结构的数值仿真模型,研究了等锥面密封结构和非等锥面的密封面上接触应力分布关系,研究发现,若采用非等锥线性密封结构的密封接头,能够有效改善特殊螺纹密封面上接触不协调现象,改善密封面上接触应力的分布;其次,建立了特殊螺纹球面对锥面密封结构的数值仿真模型,引入密封接触能理论,研究了不同椭圆度下的球面密封结构密封面上接触应力分布关系,并给出特殊螺纹球面密封椭圆度的最佳取值范围。研究结果可以为提高特殊螺纹抗泄漏能力提供理论依据,为特殊螺纹密封结构的研发提供思路借鉴。     

特殊扣套管接头的应力及密封特性分析

以特殊扣螺纹接头为分析对象 ,采用非线性有限元素法 ,分析了套管接头在上扣扭矩、轴向拉伸和内部压力作用下的受力特性。获得了这种特殊扣套管接头密封段、台肩面、螺纹啮合扣面以及管体的应力分布。结果表明 ,采用过盈配合来模拟上扣扭矩的方法具有较好精度。套管接头的薄弱区域在啮合螺纹承载面根部 ,该区域具有显著的应力集中。密封面接触压力随套管内部压力的增大而增大 ,轴向拉力对其影响很小 ,在本文的设计载荷作用下可以保证良好的密封特性     

表面粗糙度对油套管特殊螺纹密封面性能的影响

以往对油套管特殊螺纹密封的数值模拟都是在光滑平面的基础上展开的,不能真实反映油管连接时载荷接触状况。运用蒙特卡洛法建立考虑粗糙度的油管密封面接触模型,分析表面粗糙度、接头母扣球面半径、内压载荷对油管密封面性能的影响。结果表明：同一过盈量下,密封面粗糙度越小,平均接触压力越小;母扣球面半径越大,密封面接触长度越长,贴合度越高;随着内压的增加,由于公扣密封接触面上的微凸体与锥面的接触次数逐渐增多,并且在相互接触的情况下,其弹性变形程度逐渐降低,而塑性变形增大,此时因接触长度增大,密封表面具有较好的密封性能。     

特殊螺纹油套管接头完整性评估计算分析

针对特殊螺纹油套管接头的主要结构加工参数进行了接头连接和密封性能的评估计算公式推导,并设计完成了一套特殊螺纹接头油套管完整性评估软件。首先,通过对油套管接头失效形式及机理分析,推导出各失效形式对应的临界载荷计算公式;然后,通过对单个螺纹牙的弹性变形分析,建立整体油套管螺纹接头的力学分析模型,结合变形协调方程推导得到接头螺纹牙承载分布求解公式;最后,通过对比临界载荷与实际承载以及密封面总接触压力与管内气体压力完成接头完整性评估。评估结果表明:在相同载荷作用下,TM型接头套管最易发生剪切破坏失效;密封面总接触压力大于管内压力,密封性能良好。     

水下采油树油管悬挂器密封性能分析

以水下采油树油管悬挂器密封结构为研究对象,建立金属密封圈凸缘处的接触面为半圆形接触面(密封Ⅰ)和倾斜接触面(密封Ⅱ)2种形式的力学模型,利用ABAQUS软件建立其有限元模型,分析过盈量、压力和温度对金属密封圈最大Mises应力和最大接触应力的影响及不同过盈量时接触应力在接触宽度上的分布。结果表明:密封Ⅰ的最大Mises应力和最大接触应力都随着过盈量、工作压力和温度的增加而增加,而密封Ⅱ的最大Mises应力和最大接触应力呈现不同的变化趋势;密封Ⅰ能够提供较大的接触应力,具有很强的密封能力,但密封宽度相对较小;一定的过盈量时,密封Ⅱ能达到较大接触宽度,保证良好的密封性能。     

基于ISO 13679 B系试验载荷的特殊螺纹接头密封性能研究

为评估特殊螺纹接头的密封性能,充分考虑螺纹升角对特殊螺纹接头性能的影响,借助ABAQUS有限元软件建立某特殊螺纹接头的三维有限元模型,仿真分析ISO 13679标准B系载荷包络线加载路径下,该特殊螺纹接头密封面上的Von Mises应力及接触压力分布。结果表明:弯曲载荷对接头应力分布及接触压力分布状态影响较大;特殊螺纹接头密封面上的Von Mises应力及接触压力分布趋势一致,均为在受拉一侧Von Mises应力及接触压力数值较小,受压一侧Von Mises应力及接触压力数值较大;接头受拉一侧密封面上的接触压力随着轴向压缩载荷的增大而减小,特殊螺纹接头可能会发生密封失效。     

密封材料综合性能的模糊评价

密封材料在使用中的性能受多种因素的影响,本文根据模糊集的基本理论,从密封材料在使用中的实际出发,建立对密封材料综合性能的模糊评估器,对其综合性能进行较为客观的定量评价。     

连续管磨损对防喷盒胶筒密封性能的影响

为研究连续管磨损对防喷盒胶筒密封性能的影响,归纳连续管常见磨损形式并构建其磨损几何模型,以通径为38.1 mm防喷盒胶筒为例,通过实验得到其材料本构模型参数,建立防喷盒胶筒密封连续管的有限元模型;以有效接触应力和最大Mises应力为指标,分析连续管的磨损形式、磨损深度、磨损长度以及偏磨角度对胶筒密封性能的影响。结果表明：连续管偏磨形式对胶筒密封性能影响较大,连续管偏磨段长度大于胶筒高度且偏磨深度大于1 mm时,胶筒密封能力会出现不能满足井口密封要求的情况;偏磨角度会影响胶筒的应力分布,从而影响密封性能。     

密封材料综合性能的模糊评价

密封材料在使用中的性能受到各因素的影响,本根据模糊集的基本理论,从密封材料在使用中的实际出发,建立对密封材料综合性能的模糊评估器,对其综合性能进行了客观的定量评价。