隔水导管螺纹接头连接性能研究

基于非线性有限元分析方法,以隔水导管螺纹接头为研究对象,对承载工况下不同标准齿形螺纹接头的抗拉能力进行分析,并采用改变螺纹锥度和改变螺纹螺距的方法对螺纹进行了优化。算例表明:隔水导管螺纹接头在拉伸载荷作用下,各螺纹牙应力分布不均匀,每个螺纹牙根部应力最大,且第1个螺纹牙根部存在严重的应力集中现象。通过改变螺纹的锥度和螺距,能够使隔水导管螺纹接头应力分布更加均匀,提高隔水导管螺纹接头的连接质量。     

海洋生产立管接头特殊螺纹有限元分析

为了适应海洋水下生产立管的苛刻工况,设计了一种顶端张紧式生产立管螺纹接头,并采用有限元接触分析模型对该接头进行了相关的力学分析。通过Abaqus有限元软件计算对比了接箍螺纹与管体强度,模拟立管的上扣过程,计算最佳上扣扭矩,研究了该模型在上扣扭矩、上扣和内压、上扣和拉伸、上扣和拉伸及内压四种载荷下的密封性能。有限元分析结果表明,密封面接触压力随内压的增加而增加,单轴拉伸载荷使得密封面的接触压力有所减小,拉伸载荷和内压共同作用时密封面上的接触压力呈增加趋势,但是增加的幅度要比仅受内压作用时小。该海洋生产立管特殊螺纹的强度优于管体,密封性能可靠,满足设计要求。     

双台肩钻杆接头三维力学分析

建立了双台肩钻杆接头的三维有限元模型,利用显式动力学有限元方法分析了双台肩钻杆接头在上扣扭矩、轴向拉力和弯矩作用下的力学特性。相比二维轴对称模型,三维有限元模型可以考虑螺纹的螺旋升角,有效地模拟螺纹接头的上扣特性。计算结果表明,上扣扭矩的作用使得接头在螺纹牙、主台肩、副台肩处产生一定的预紧力,从而实现公扣、母扣间的过盈配合;轴向拉力使得螺纹牙上的接触压力上升而主台肩、副台肩上的接触压力下降,这一方面加重了螺纹牙的负担,另一方面也影响了接头的密封性能;在弯矩的作用下,钻杆接头的应力分布呈现出明显的非对称特性。此外,在上扣扭矩和轴向拉力作用下,各螺纹牙的承载很不均匀,两端的几牙螺纹承担了大部分的载荷,而中间段螺纹牙仅承担了小部分载荷。     

接箍对海上隔水导管打桩的影响

隔水导管打桩作业是浅海石油勘探开发中至关重要的一个环节,分析不同因素对打桩的影响具有很大的难度。文中针对接箍对隔水导管打桩的影响进行了深入研究,提出了接箍对隔水导管打桩作业影响的分析方法及模型。以南海文昌13-6油田为例,分析计算了有无接箍条件下隔水导管打桩作业的锤击数和贯入率。研究结果表明,无接箍的隔水导管在打桩作业中具有更好的时效性和经济性。     

锥面球面密封结构特殊螺纹有限元分析

考虑丛式井多级压裂过程中,套损、螺纹泄漏现象严重,利用ANSYS软件建立锥面-球面特殊螺纹模型,研究了内压一定时,不同轴向力下特殊螺纹接头等效应力变化规律和密封面、台肩面接触压力随接触长度变化规律。结果表明,拉伸载荷过大,接箍密封端第一扣完整螺纹牙附近为危险断裂面,螺纹两端粘扣严重。密封面、台肩面接触压力随拉伸载荷增大而减小,但只要拉伸载荷在600 MPa内,密封面接触长度并不会随拉伸载荷增大持续减小。压缩载荷使特殊螺纹密封面、台肩面接触压力、接触长度增加,但同时也会让特殊螺纹接头应力增加,对螺纹连接不利。     

177.8mm×12.65mm V140特殊螺纹接头套管试验研究

对177.8mm×12.65mm V140型特殊螺纹接头套管材质和螺纹接头参数进行检测,对套管螺纹接头进行上卸扣试验、弯曲条件下气体内压+拉伸试验、拉伸至失效试验。试验结果表明:该种套管接箍内螺纹接头为薄弱环节,在进行实物试验过程中应当按照接箍危险截面尺寸计算试验载荷,在进行套管设计时应当按照接箍强度计算套管连接强度。建议将该种套管用于具有蠕变地层的井段,对于其他井段应采用接箍内螺纹接头与管体外螺纹接头等强度的套管。     

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。     

弯曲载荷下特殊螺纹油管接头应力有限元分析

利用Abaqus有限元软件建立了某特殊螺纹油管接头的三维有限元模型,分析了不同弯曲载荷下特殊螺纹油管接头的应力分布情况。结果表明:弯曲载荷对该型特殊螺纹接头的连接强度与密封性有一定的影响,而对连接强度的影响较大,随着弯曲载荷的增大各圈螺纹粘扣可能性就越大;弯曲载荷下密封面处接触应力相对于上扣作用下整体略有下降,受拉伸端台肩处由于存在间隙导致接触应力为零,但密封面处环向路径仍然保持了较高的接触应力。     

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。     

弯曲载荷下隔水管特殊螺纹接头参数与应力关系研究

针对海洋环境中隔水管存在较大弯曲载荷的情况,采用有限元软件ANSYS对隔水管最易失效的特殊螺纹接头建立了三维接触有限元模型,得到了在弯曲载荷作用下螺纹接头的应力分布。结果表明:最大应力出现在接头本体拉伸侧的第1圈或最后1圈螺纹的根部;接头本体拉伸侧与压缩侧的螺纹根部应力分别与环向角近似成1/2个正弦波函数关系。在此基础上进一步分析了壁厚、螺高、螺距、螺纹圈数和锥度等参数对螺纹处最大等效应力的影响,为隔水管特殊螺纹接头的设计与优化提供了理论依据。     

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随着海洋油气钻井向深水领域发展，钻井隔水管的受力越来越复杂，钻井隔水管的力学分析显得越来越重要。建立了深水钻井时在海流、波浪等海洋环境载荷的作用下，深水隔水管强度分析的三维有限元力学模型，考虑了隔水管在外载作用下的小应变大变形和轴向力影响的特点，引入了非线性理论，使计算结果更加符合实际情况。深水钻井隔水管一般要承受复杂的三维载荷，即波浪力和海流不在一个受力平面上。文章还针对深水钻井隔水管的实际受力情况，重点研究了海底暗流对钻井隔水管强度的影响。并对弯曲载荷分布规律进行了计算分析。研究表明，而在隔水管靠近水面的位置，其弯曲载荷最大。在这些弯曲载荷大的位置，应特别注意隔水管的强度问题。暗流对海洋深水钻井隔水管的弯曲强度产生显著的影响，在进行隔水管强度设计及现场钻井作业中，应特别考虑暗流的存在及其对隔水管强度的影响。     

海上油气井服役过程中隔水导管旋转原因分析

海上生产井在服役过程中井口发生旋转会对采油树、井口管汇以及油气生产带来严重的安全隐患和作业风险。针对海上某油田在服役多年后井口发生的旋转现象,从最外层隔水导管受力情况分析出发,对钻完井作业过程和生产过程中的各个阶段影响因素进行了分析,建立了钻井隔水导管在海流作用下产生扭矩的力学模型;考虑到油气井长期服役后隔水导管外侧会附着大量海生物现象,附着的海生物在海流作用下会对隔水导管产生更大的扭力,从而引起隔水导管的旋转。通过理论分析和有限元计算,建立了不同海生物附着条件下隔水导管旋转力的计算模型。利用建立的钻井隔水导管旋转力计算模型进行案例分析,进一步验证了理论模型的正确性和准确性。研究结果能够为海上隔水导管扣型设计、隔水导管连接方式和油气井服役过程中井口维护提供理论依据。     

海洋深水钻井隔水管力学特性分析

海洋钻井隔水管是连接海底井口与钻井船的重要设备，随着海洋油气钻井向深水领域发展，钻井隔水管的受力越来越复杂，随着水深的增加，钻井隔水管的力学分析显得越来越重要。利用隔水管的静态挠曲四阶微分方程，应用有限差分法对隔水管的受力情况进行数值分析，考虑了顶张力和浮力块对隔水管受力状态的影响，编制了相应的应用计算软件。所提供的力学分析方法及计算程序具有方法简便、计算精度高和运算速度快等特点，能够为深水钻井隔水管设计和校核提供可靠的理论依据和指导，具有较好的应用价值。     

隔水管接头O形密封圈密封性能分析

针对海洋石油开采中隔水管接头密封失效会增加大量的钻井成本,钻井液泄漏会污染海洋环境等问题,开展了隔水管接头O形密封圈密封性能的研究,确定了O形密封圈密封失效模式和失效判据。以隔水管O形密封圈为研究对象,利用大型有限元分析软件ABAQUS建立其有限元分析模型,对密封圈在不同工作压力、不同压缩率和不同密封端面角度下的密封性能进行了分析。分析结果表明,压缩率一定时,最大应力随着工作压力的增加而增加,且应力峰区位置逐渐向O形圈被挤入的位置移动;工作压力、压缩率及密封配合端面角度对O形圈最大接触应力有一定的影响,正常使用范围内,能够保证O形圈的正常密封性能;一定在压缩率范围内,剪应力随着压缩率的增加而增大明显。分析结果可以为隔水管接头O形密封圈的优化设计提供参考。     

崖城13—1井口平台隔水套管修补方法与应用

海洋平台生产井隔水套管位于海水飞溅区的部分由于常年冲刷,普遍出现了锈蚀,由于环境恶劣,修补施工难度大,对于很多油气田都是一个棘手的问题.根据在崖城13-1井口平台的实际作业,详细阐述了隔水套管的修补方法与装置,对海洋油气田的开发具有很好的参考价值.     

北部湾盆地勘探井小尺寸隔水导管技术

海上隔水导管设计直接影响到作业安全、工期及费用,在满足作业安全的前提下,如何设计合适的隔水导管来提高钻井速度、降低钻井成本是区域勘探井钻井的关键问题之一。基于边界约束条件,考虑作业海域水文气象季节性影响,建立了小尺寸隔水导管强度设计方法及稳定性分析,并进行了实际应用。结果证实,在北部湾海域非台风季节下作业,小尺寸隔水导管技术可以弥补常规?508 mm隔水导管设计工期长、费用高的问题,同时也能解决?508 mm×?339.73 mm变径组合隔水导管“盲替”固井方式的缺陷。该技术的成功应用,突破了传统常用的?508 mm隔水导管井口稳定需求的限制,为今后北部湾勘探井隔水导管设计提供了新的参考方向,也为后续勘探井可持续发展的安全高效作业奠定基础。     

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随着海洋油气钻井向深水领域发展，钻井隔水管的受力越来越复杂，随着水深的增加，钻井隔水管的力学分析显得越来越重要。为此，文章建立了深水钻井时在海流、波浪等海洋环境载荷的作用下，隔水管静态分析及动力学分析的三维有限元力学模型，在研究中，考虑了隔水管在外载作用下的小应变大变形和轴向力影响的特点，引入了非线性理论，因而计算结果更加符合实际情况。考虑了隔水管所受的三维载荷，对深水钻井隔水管的变形及载荷分布规律进行了计算分析。对于深水钻井隔水管，水下中间部位的变形最大；而在隔水管靠近水面的位置，其弯曲载荷最大，而现场隔水管失效事故也恰好证实了此研究结果，揭示了深水钻井隔水管失效的力学机理。在弯曲载荷大的位置，应特别注意隔水管的强度问题。文章还分析了风浪流速度、波浪周期、波高等重要的海洋环境载荷对隔水管变形及强度的影响。     

水下井口头疲劳寿命分析

在海洋钻井和生产过程中,水下井口头系统作为钻井和生产设施的基础装备,其疲劳寿命相当重要。以“勘探三号”平台为假设作业平台,以南海某油田海域作为工程实例取值,应用MOSES软件建立隔水管力学计算MOSES模型,得到求解出隔水管下端挠性接头受到的作用力;然后应用ABAQUS有限元分析软件ABAQUS建立水下井口头的有限元模型,根据研究海域土壤P-y曲线线性化,采用ABAQUS非线性弹簧模拟了土壤与水下井口头的相互作用,对水下井口头进行了疲劳寿命计算。计算结果表明,其疲劳寿命满足相关规范和DNV有关水下井口头的设计和使用要求。     

北部湾WX油田隔水导管最小入泥深度研究

隔水导管是海洋钻井关键部分,确定合理的下入深度对于安全钻完井作业具有非常重要的意义。随着WX油田开发,针对隔水导管下入深度问题,此文根据隔水导管不同工况,建立了基于钻井液安全循环和基于最大地层承载能力导管最小入泥深度计算模型,提供了计算方法及步骤,该计算模型指导了北部湾WX油田隔水导管入泥深度设计和现场施工作业,满足了开发的要求。     

海上欠平衡钻井最新进展与发展趋势

欠平衡钻井技术已经在陆地油气田开发中得到了广泛的推广和应用,由于作业环境的特殊性,在海上的应用相对较少。目前欠平衡钻井技术在海上推广应用中存在的主要问题涉及平台甲板空间、安全环保、组织管理模式等方面。近年来,随着新型工具的开发和技术的发展,这些问题正在逐步得到解决。海上欠平衡钻井最新进展包括先进的井下工具的开发、设备的模块化与小型化、对油藏分析与研究的高度重视以及工作船与欠平衡钻井设备的一体化。钻井平台与欠平衡钻井设备的一体化是海上欠平衡钻井的发展趋势。