特殊螺纹接头密封可靠性数值分析

在实际加工中,金属对金属密封结构的特殊螺纹接头的参数是变化的,金属密封面上接触压力也是变化的。利用有限元概率分析功能建立了研究密封面上接触压力分布的方法,分析了特殊接头在锥度、密封直径、载荷等多个参数在随机变化条件下的密封面接触压力的分布规律,计算了密封可靠性。结果表明,不合适的螺纹参数匹配将导致密封面在拉伸载荷作用下失去密封能力。使用该特殊螺纹接头可靠性分析方法有助于优化螺纹密封结构与参数加工公差设计,进行管柱的可靠性设计与剩余寿命评估,提高接头的密封可靠性。     

锥度设计对套管特殊螺纹接头密封性能影响

为进一步研究锥度设计对套管特殊螺纹接头密封性能的影响,利用ABAQUS有限元分析软件对不同锥度设计的套管特殊螺纹接头进行了上扣、拉伸、压缩条件下密封接触压力及接触长度的数值模拟。结果表明:内螺纹收尾处平切处理可有效提高密封面的接触压力和接触长度,扩大螺纹锥度的取值范围,但会减少全顶螺纹数量,平切深度越大,全顶螺纹数量越少,设计平切深度值时应全面考虑,避免影响接头连接强度;设计退刀槽可增加密封面接触压力和长度,但需注意其结构设计,避免造成配合螺纹的划伤或粘扣。     

NCS38气密封钻杆接头应力分析与结构优化研究

为适应更高的钻井环境要求,在NC38钻杆接头的基础上,设计了一种新型气密封钻杆接头NCS38。该新型接头设置了专门的径向金属密封结构以及辅助扭矩台肩,圆锥形密封面通过过盈配合实现密封,辅助扭矩台肩则可保护密封面。为了确定合适的密封锥度和密封过盈量,建立了NCS38接头的有限元模型,运用有限元方法进行了模拟计算。计算结果表明:不同的密封锥度和过盈量对密封面的密封性能和应力分布有较大影响,合理的锥度及过盈量参数可提高接头的密封性能。研究结果对于气密封钻杆接头的现场应用具有一定的指导作用。     

HST特殊螺纹油套管力学与密封性能有限元分析

为研究HST特殊螺纹油套管接头在机紧工况和拉伸工况下的连接性能和密封性能,采用Abaqus有限元软件,改变管体与接箍密封面过盈量和管体受力,分析2种工况下接头扭矩台肩、密封面和螺纹牙应力及接触压力。通过分析得到机紧工况下管体密封面最大过盈量为0.09 mm,拉伸工况下接头连接性能和密封性能减弱。研究结果可为HST特殊螺纹油套管的实际应用提供理论指导。     

考虑温度影响的特殊螺纹油管接头有限元分析

为了解不同温度下依靠主密封面密封的特殊螺纹油管接头的力学行为,为特殊螺纹油管接头的设计和使用提供依据,采用Abaqus有限元软件建立了特殊螺纹油管接头三维有限元模型,分析了温度对接头密封面、扭矩台肩及螺纹段Mises应力和接触压力分布规律的影响。分析结果表明:不同温度下,沿螺纹锥度方向螺纹段扣牙最大接触压力及最小接触压力分别位于螺纹段第1扣和第11扣处,符合螺纹扣牙接触压力分布规律;油管接头最大Mises应力均出现在接头密封面及扭矩台肩处;随着温度升高,各螺纹牙Mises应力逐渐增大,而螺纹牙接触压力增加幅度较小;随着温度升高,密封面接触压力呈先增大后减小的趋势;扭矩台肩处接触压力随温度升高而增大。因此,应用于高温高压气井的特殊螺纹油管接头,在设计和实际应用中应考虑温度的影响。     

特殊螺纹接头锥面/锥面结构密封特性研究

API螺纹接头由于本身的结构设计以及加工公差已不能满足高温、高压的密封需要,而国内对气密封接头的密封特性研究较少。为此,对锥面/锥面结构密封采用有限元软件进行模拟,研究特殊螺纹接头锥面/锥面结构密封接触压力分布规律和密封性能,分析并讨论密封结构对主密封接触压力的影响。结果认为,特殊螺纹接头锥面/锥面结构密封主密封上具有很高的接触压力;密封面结构参数的变化对接触压力值的变化影响较大,但是对有效接触长度基本没有影响;单纯采用锥面/锥面结构密封,主密封面上存在应力集中,接触压力分布极不均匀,有效接触长度很短,密封面没有得到充分利用,需要对接头进行改进,以改善接头的密封特性。     

基于正交试验的气密特殊螺纹油管接头密封性能研究

开发深海油气需要钻探大量超深井、大位移井,井下油管需要承受水下复合载荷的综合作用,这对气密特殊螺纹油管接头的密封性能提出挑战。以?99.25 mm×6.45 mm气密油管特殊螺纹接头为研究对象,以密封面最大接触压力为考核指标,依据ISO 13679标准A系试验载荷包络线对正交优化试验结果进行密封性能分析。分析结果表明：密封面最大接触压力影响因素敏感性由大至小的顺序为：密封面角度>扭矩台肩角度>螺纹承载面角度>螺纹锥度>螺纹螺距;气密特殊螺纹油管接头参数最优组合为密封面角度10°、扭矩台肩角度-12°、螺纹承载面角度12°、螺纹锥度1∶18、螺纹螺距4.8 mm;优组后油管接头在ISO 13679标准A系试验载荷下各加载点密封性能良好。所得结果对气密特殊螺纹油管结构的进一步优化设计具有指导意义。     

特殊螺纹石油套管接头密封结构优选

为了保证石油套管接头在高温、高压及强腐蚀工作环境下的密封完整性,采用金属对金属的密封方式代替橡胶密封。阐述了金属对金属密封的密封机理,根据厚壁圆筒弹性力学理论,推导出了石油套管接头锥形密封面最大过盈量的计算方法。利用有限元分析软件Marc建立石油套管接头的二维轴对称模型,分析了不同过盈量下密封面锥度和扭矩台肩角度对接头密封性能的影响,并对密封结构参数进行优化。采用有限元法与全尺寸试验相结合的方法验证石油套管接头在机紧、机紧+拉伸、机紧+拉伸+内压3种工况下的密封性能,结果表明该石油套管接头满足密封要求,在机紧+拉伸工况下接头的密封强度最差,设计时应优先考虑该工况。研究结果对特殊螺纹接头的开发和使用具有较高的参考价值。     

特殊螺纹油管接头现场端接箍胀大原因分析

针对某西部油田商检时发现的特殊螺纹油管接头现场端接箍胀大问题,进行调查研究、有限元分析、上扣验证试验和密封验证试验。结果表明:特殊螺纹油管接头工厂端上扣后,现场端接箍的螺纹中径胀大很小,但密封面直径胀大较大; 接头的壁厚越厚、上扣转矩越大、拐点转矩越低和台肩宽度越窄,密封面直径胀大就越明显。研究还发现接箍过大的胀大量会导致接头密封失效。为防止接箍胀大而影响密封性能,建议生产厂严格控制拐点转矩、适当延长转矩台肩宽度,并将这两项指标列入检验标准; 同时,建议油田制订验收标准时限定接箍密封面直径胀大量,并据此调整验收标准的公差范围。     

特殊螺纹接头关键参数量值溯源体系的建立

对比分析了几种应用较多的特殊螺纹接头的螺纹检验项目,包括螺纹中径、密封面参数及螺纹形状等。介绍了特殊螺纹关键参数量值溯源的方式。指出利用接触测量如螺纹校准台配合特殊工装设备测量中径量规及密封面直径量规、三坐标测量机配合编程测量中径标准量块及密封面标准量块;非接触测量如光学三坐标测量机测量齿形量规,可以实现特殊螺纹接头关键参数对应量具及标准量块的校准,从而建立起完整的特殊螺纹接头关键参数量值溯源体系。     

特殊螺纹油管与套管的上扣扭矩构成与密封性能研究

通过大量上卸扣试验与气密封试验,研究了影响特殊螺纹上扣扭矩构成及其各部分比例与总上扣扭矩比值的因素;研究了上扣扭矩构成对特殊螺纹密封完整性及结构完整性的影响。结果表明:螺纹螺距、锥度、中径、紧密距偏差以及螺纹粘着磨损等因素明显影响上扣扭矩构成及其各部分比例,而较低的台肩扭矩与总上扣扭矩比值将明显降低拉伸载荷下的螺纹密封完整性,以及腐蚀介质存在时的螺纹结构完整性。提出了上扣扭矩构成及其各部分比例与特殊螺纹油套管的制造质量及螺纹连接质量的相关性,提出用上扣扭矩构成及其各部分比例作为评判特殊螺纹完整性的快速有效方法,用上卸扣试验及复合载荷密封性试验的方法确定特殊螺纹的最佳上扣扭矩及其各部分的构成比例。     

油井管接头密封方法及机理综述

高温高压天然气井的管柱密封性至今无法完全保障。油井管最常用的四种密封方法是螺纹密封、台肩密封、弹性密封环密封和金属接触密封。大部分特殊螺纹接头采用金属接触密封,密封面接触压力决定了密封能力。正确的金属接触密封会显示出一种压力激发效应。将密封面设计在远离螺纹端部的位置,螺纹端部刚性增强了密封接触力。金属接触密封的泄漏概率为10^-2,泄漏速度取决于密封面的接触应力宽度、粗糙度、损伤程度、密封脂、涂层等。特殊螺纹接头在振动后,即使产生疲劳裂纹,也不发生泄漏。一些接头台肩刻槽后作密封性试验,结果发生泄漏。很多气井管柱扭矩台肩发生了腐蚀,证明金属接触密封存在泄漏通道,即扭矩台肩起密封作用。接触压应力设计法无法完全解决特殊螺纹接头的密封问题,发展全新的设计理论和制造技术,是保障特殊螺纹接头密封性的重要发展方向。     

特殊扣钢管的疲劳理论、试验与应用

为了促进特殊扣钢管抗疲劳性能的进一步提升,从特殊扣钢管管体材料的疲劳、螺纹连接的疲劳、螺纹连接的设计等方面进行了研究。分析了循环载荷作用下特殊扣钢管疲劳产生的主要原因;以法国VM公司和阿根廷Tenaris公司等国外主流抗疲劳特殊扣产品为例,阐述了螺纹设计时摩擦系数、螺距、锥度和应力释放结构对疲劳的影响;介绍了研究特殊扣钢管疲劳问题的试验装置及测取S-N曲线的基本问题,重点讲述了共振型全尺寸疲劳评价试验装置的试验原理。研究结果表明,影响螺纹结构套管疲劳强度的最主要因素是应力集中系数(SCF),螺纹结构往往在公端最后一圈螺纹LET处应力最大,应力集中系数也较大。因此,螺纹结构套管在结构设计上应尽量采用圆滑过渡来降低应力集中系数,母端外侧应考虑抗弯曲机构;可适当降低母端的壁厚、提高螺纹结构的加工精度,在设计上尽量考虑应力释放部分及去除残余应力工艺的使用,从而提高特殊扣钢管的抗疲劳性能。     

API圆螺纹套管锥度公差和中径公差的控制

ＡＰＩ圆螺纹的锥度和中径是两个重要的参数。从理论分析知, 锥度公差和中径公差是相互影响和相互制约的, 目前ＡＰＩＳＴＤ５Ｂ标准中对二者的公差规定未能显示出这种相关性, 因此出现中径公差合格而锥度公差却可能不合格, 以及锥度公差合格而中径公差却超出范围的情况, 这对螺纹公差控制及套管的使用性能带来不良影响。建议将锥度公差和中径公差的控制有效地结合起来, 即变为仅控制中径公差; 也可先确定锥度公差, 然后反推出中径公差的大小, 与紧密距折算的中径公差相比, 精度明显提高。     

我国油套管特殊螺纹接头研究现状分析

介绍了油套管特殊螺纹接头的特点、发展历程以及目前我国油套管特殊螺纹接头的发展情况.分析了油套管特殊螺纹接头密封结构的确定、金属过盈量的控制、螺纹受力分布的优化、螺纹抗粘扣能力的提升以及配套刀量具的设计等关键技术和目前我国油套管特殊螺纹接头研发方面存在的问题.最后,对国内油套管特殊螺纹接头的发展提出了一些建议.     

往复式抽油杆扶正器摩擦磨损试验装置设计

为了评价扶正器的使用性能,开发了往复式抽油杆扶正器摩擦磨损试验装置,装置主要由动力装置、往复运动机构、扶正器夹紧机构、载荷施加机构等组成。动力装置由电动机摆线针轮减速器通过联轴器、传动轴带动偏心轮旋转,偏心轮通过曲柄销带动连杆做平面运动;装置可更换不同尺寸的半油管和相应内径的半圆支撑环,对不同尺寸扶正器进行摩擦磨损试验。试验结果表明,该装置能较好地模拟油管和抽油杆扶正器之间的偏磨工况,拉杆与箱体之间的动密封采用跟随式波纹管密封,能方便地调节扶正器与油管之间的侧压力,自动补偿扶正器的磨损。     

油套管特殊螺纹接头工厂端上扣对现场端接箍参数及性能的影响

针对油套管特殊螺纹接头工厂端上扣前后出现的现场端接箍参数发生变化这一现象,进行了全尺寸实物试验和有限元分析,并对现场端接箍参数发生显著变化的样管进行了气密封试验。有限元分析显示,工厂端上扣后,现场端接箍应力水平提高,并会发生一定的膨胀,表现为现场端接箍的密封面直径变化远大于螺纹直径变化,且距离现场端越近表现越明显,这与上扣试验测量数据相吻合。气密封试验结果显示,现场端接箍公差发生显著变化的样管仍然可以保证其在复合加载下的气密封性能;已经经过全尺寸实物评价试验的油套管特殊螺纹接头,在上卸扣试验中同样存在工厂端上扣对现场端密封参数造成影响,整个试验过程已经包含了一端上扣对另一端接箍密封参数带来的影响。研究表明,只要接箍在工厂端上扣前螺纹及密封参数公差在规定范围内,在油田现场应允许现场端接箍参数超出规定范围,此结论可为油田用户提供参考。