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.     

低压低渗透气井油套管接头密封性能有限元模拟仿真研究

低压低渗透气井在我国分布广泛,在已探明储量中,低渗、特低渗透油气藏量达70%。开发低压低渗透气井对油套管产品提出了特殊要求,油套管产品要在保证气密封性能条件下实现成本最经济。结合油田的管柱设计,通过有限元模拟仿真技术,研究了宝钢为低压低渗透井况开发的BG-PT/PC扣型在各种工况条件下的密封完整性。研究表明,宝钢BG-PT/PC扣型能够满足低压低渗透气井勘探开发对油套管产品安全性和经济性的要求。     

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。     

大口径特殊套管接头TP-QR的开发

针对13.375in及以上的大口径API套管接头存在的上扣速度慢、接头应力高、上扣控制难等问题,研制了专用于大口径快速上扣的套管特殊接头TP-QR。该产品通过了ISO 13679 CAL II实物性能试验,其抗粘扣性能、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使用。     

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.     

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。     

储气库气井用油套管气密封完整性探讨

介绍了储气库建设的意义和形式及国内外地下储气库的发展现状.就储气库气井用管材,从使用年限、生产过程、载荷变化和腐蚀介质等方面提出了服役的特点和要求,进而针对管材的螺纹接头,结合宝钢特殊扣油管,从密封形式的选择、生产制造的精度保证、必要的复合应力状态下性能评估和使用过程的密封完整性四个方面探讨了储气库气井用特殊螺纹接头的密封完整性这一系统工程.     

关于圆螺纹油套管API最佳上扣扭矩合理性的探讨

在圆螺纹油套管的API设计思想框架内 ,讨论了如何确定最佳上扣扭矩。根据API圆螺纹油套管的设计思想 ,最佳上紧是上扣后正好没有外露扣。然而APIRP 5C1给出的最佳上扣扭矩并不完全对应于这一位置 ,API最佳上扣扭矩与实际需要的上扣扭矩至少有± 2 5%的误差范围。为了能够发挥API圆螺纹油套管的最佳使用性能 ,应该根据油套管的实物情况确定对应于最佳上紧位置的实需最佳上扣扭矩。     

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。     

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。     

油套管螺纹连接抗粘扣技术的研究现状及展望

螺纹粘扣作为油套管中最常见的失效形式，一直是国内外冶金和石油系统的研究重点。对油套管粘扣现象作了简单的解释，通过对国际上近20年来油套管螺纹连接抗粘扣技术研究情况的分析总结，归纳了各种关于管螺纹粘扣失效的机理研究、管螺纹参数优化及其检测研究、螺纹脂和螺纹镀层的研究、油套管特殊螺纹连接的研究、油套管上卸扣的操作规范的研究，介绍了其主要研究成果，指出存在的问题，并探讨了进一步开展研究的方向。     

Progress and future prospects of application technology for tubing and casing

The main failure modes of tubing and casing in current service conditions are represented in this study.The progress of the tubing and casing application technology and the problems that should be focused on during application are introduced,with special attention paid to the reliability of the pipe string design and the connection sealing properties.The necessary work that should be undertaken in future research is also summarized.     

7-5/8in超高强度直连型石油套管的开发

根据超深复杂井身结构设计的需要,开发了7-5/8 in超高强度直连型石油套管。通过合理钢种设计及工艺控制,使得套管在超高强度下具有良好的韧性;良好的材料性能及螺纹密封面的设计,解决了直连型套管连接强度和密封性能的问题。试验结果表明,7-5/8 in超高强度直连型石油套管不仅具有超高的抗挤毁能力,还具有良好的连接强度及密封性能,适用于特殊井身结构的盐层段。     

圆螺纹油管接头齿面接触应力与粘扣分析

分析了ＡＰＩ圆螺纹油套管发生粘扣的基本过程及机理。利用Ｉ－ＤＥＡＳ和ＭＡＲＣ软件计算了拧接过程螺纹齿面的接触应力，定量分析了管体（公螺纹）和管接箍（母螺纹）的锥度变化对齿面接触应力的影响。认为产生粘扣的主要原因是螺纹齿面局部过量的塑性变形，通过变锥度的方式能使接触应力分布规律得到改善，并在现场生产中得到验证。     

一种负承载角特殊管接头的螺纹加工工艺

应用于恶劣油气井况的负承载角螺纹特殊管接头,具有很高的抗拉伸强度与复合加载强度,越来越多的特殊管接头厂商都采用这种负承载角螺纹连接形式。然而负承载角螺纹的加工比普通圆（LC）螺纹、偏梯形（BTC）螺纹加工更加复杂。介绍使用成型刀片加工负承载角螺纹的难点。以P110普碳钢加工为例,提出一种使用侧向进刀方式加工负承载角螺纹的工艺方法,适用于类似负承载角螺纹和非垂直进刀的加工。     

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。     

BG-SG特殊螺纹接头结构参数对密封性能的影响

BG-SG特殊螺纹接头是一种针对国内页岩气井专门开发的特殊螺纹接头形式,主要由锥面/锥面主密封结构、直角扭矩台肩结构和双段式螺纹连接部分组成,具有高连接强度、高抗扭等优点,适用于大狗腿度下的复杂井况。基于控制变量法的思想,运用有限元数值仿真计算方法分别研究了密封面过盈量(δ)、密封面长度(l)和密封面锥度(ΔD/L)等三个结构参数对接头密封接触压力分布和密封性能的影响。分析结果表明,δ的增大对接头密封性能有正面影响,但过大的过盈量并不能持续增加有效接触长度,且需控制其值不致引起接头结构的塑性变形或黏结;增加l值,可一定程度上增加密封面的有效接触长度,但超过某个特定长度以后则会在密封面中部产生零接触应力区域;ΔD/L对密封面两侧接触点附近的影响有所不同。根据分析结果优化设计了各结构参数,所开发接头顺利通过实物性能试验,验证了有限元分析的有效性。     

API螺纹锥度偏差对套管柱使用性能的影响

根据API螺纹连接套管柱对连接强度和密封性能的要求,分析了管子外螺纹与接箍内螺纹的锥度偏差对套管柱使用性能的影响,提出锥度偏差应在API标准要求的基础上加以内控,将极限公差缩小至机械加工允许的范围内,是提高石油套管柱使用性能的有效途径.