异锥度气密特殊螺纹油管接头密封特性研究

基于虚位移原理,建立了异锥度气密特殊螺纹接头(简称接头)的连接控制方程,并建立三维有限元模型,分析其在不同的机紧转矩和井下复杂工况条件下的力学响应特性。结果表明：在常见的工况下,接头的最大应力均小于材料的屈服应力;对于接头的密封结构,其主密封面的密封性能优于次密封面的密封性能;随着机紧转矩的增加,接头密封结构的平均接触压力与机紧转矩呈线性关系;轴向拉力和弯矩对接头密封结构的主、次密封面有不同程度的影响,但当机紧转矩值大于一定值后,其影响力将缓慢减弱并最终趋于稳定。分析结果对于接头的现场应用具有参考意义。     

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。     

特殊螺纹气密封性能评价研究

针对特殊螺纹实现高气密封能力的问题,基于密封接触应力分布及其变化规律建立了锥面对锥面主密封过盈接触应力以及井下载荷工况下扭矩台肩面实际接触应力计算模型,并且基于密封接触能机理和密封面极限屈服条件建立了特殊螺纹气密封性能定性评价方法。以锥面对锥面主密封为例,对比分析了7种井下载荷工况对密封面平均接触应力、密封接触长度以及主密封面和台肩面的密封性能影响规律,绘制了防泄漏安全系数为1.0、1.5和2.0时锥面对锥面密封结构的密封包络线。结果表明:轴向拉伸载荷和环空外压会降低主密封结构和台肩面密封性能,轴向压缩载荷和油管温度升高有利于提高主密封结构和台肩面密封性能,而气体内压对主密封面接触应力有自增强效应,但会降低台肩面接触应力;控制合理环空内压以及上扣时台肩面作用扭矩有利于减小井下载荷工况对油管特殊螺纹密封性能的影响;绘制的密封包络线可以方便地设计锥面对锥面密封结构参数。     

特殊螺纹接头的研究现状分析

介绍了特殊螺纹接头发展历史及现状,国内外主要生产供应商生产的特殊螺纹接头类型及其特点。对特殊螺纹接头研究的重点和难点如：金属接触的密封结构及过盈量控制、螺纹受力优化和螺纹抗黏扣技术等进行了实例专利分析。指出了目前我国在研究特殊螺纹接头过程中存在的主要问题,为特殊螺纹接头的国产化提出了一些建议。     

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。     

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。     

特殊螺纹接头主要参数对密封性能的影响分析

对于金属-金属密封结构的特殊螺纹接头,保证接头的密封可靠性非常重要。应用有限元方法分析了连接螺纹的锥度配合、中径及密封直径的过盈量对特殊接头密封性能的影响,结果表明,三者对接头密封面接触压力影响很大,其中内、外螺纹的锥度配合对密封面接触压力的数值影响最大,密封面直径过盈量影响次之;在内螺纹锥度较大时,螺纹中径过盈量对密封面接触压力的数值影响较大;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。研究结果有助于优化特殊螺纹接头结构设计和加工控制,为现场检测判断接头的适用性提供技术依据。     

特殊扣油管接头的应力及密封特性分析

运用有限元方法对NK-3SB特殊扣油管接头在不同载荷工况下的连接性能进行分析,重点研究了轴向拉力、内部压力对油管接头应力分布、密封性能的影响。计算结果表明,管体螺纹的受力薄弱区域在管体大端第1牙螺纹根部,上扣后仅受轴向拉伸载荷是油管接头的最恶劣工况。密封面上的接触压力随着内压力的增大而增大,但随着轴向载荷的增大而减小,接头的密封性能将主要由点接触(主密封)来保证;另外,在设计轴向载荷下,油管接头可以保证良好的密封性能。研究结果对于NK-3SB油管接头的设计和安全使用具有较好的参考价值。     

PSC特殊螺纹接头上扣特性研究

针对PSC特殊螺纹接头采用金属密封结构和扭矩台肩的特殊性,开展了4种PSC接头上扣特性的全尺寸试验研究。通过试验,得到PSC接头上扣扭矩圈数曲线图和螺纹过盈量计算公式,并给出国外普遍采用的按台肩扭矩控制上扣的MSTL质量控制图。对我国油田按上扣标记控制PSC接头上扣方法的缺陷进行了讨论,指出应严禁使用;对关于提高PSC接头上扣可靠性问题提出几点建议。     

Kalsi型流体动压密封结构及其接触性质研究

流体动压径向密封是利用流体动压效应研制的新型径向动密封结构, 其典型产品Kalsi型流体动压密封已在国外石油机械中获得了成功应用。在分析该密封结构和机理的基础上, 提出了“软弹流”数值迭代研究方法, 并采用MSC Marc软件对影响密封性能的重要因素———轴向接触压力进行了分析, 探讨了结构、材料、初装配条件在Kalsi密封应用中的作用, 为深入开展理论研究和进行密封圈的研制奠定了基础。     

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。     

吸入模块密封胶心过盈量对其性能影响研究

以在我国南海深水服役的无隔水管钻井液回收钻井系统为对象,进行吸入模块密封胶心摩擦接触有限元分析,研究过盈量对胶心与钻杆及接头间接触压力的影响,分析不同过盈量下胶心与钻杆或接头接触时的胶心Mises应力峰值和摩擦力分布规律,以期为密封胶心优化设计和延寿提供技术参考。建模时胶心材料模型采用近似不可压缩弹性材料的两参数Mooney-Rivlin模型函数,采用罚函数法求解钻杆及接头和胶心的接触问题,摩擦模型选用库伦摩擦模型。结果表明,接触压力随过盈量的增大而增大,呈非线性关系;胶心Mises应力随过盈量的增大而变大,而且胶心与接头上端接触时Mises应力峰值最大,增大也较快。     

TM和VAMACE特殊螺纹套管接箍接触压力计算

在模拟构造的一种接触单元基础上，用有限元法计算了日本住友公司生产的TM及VAMACE两种特殊螺纹套管接箍的接触压力，给出了接箍主密封面与台肩面的接触压力分布曲线以及齿腹、齿根和导向接触压力随齿的分布曲线，进而对接箍的密封性能作了评估与对比。指出VAMACE接箍上扣扭矩比TM接箍大，入扣转角略小，较易产生过扭矩，使接箍的密封性能受到不良影响；在高温情况下，TM接箍比VAMACE接箍的整体性能好，更适用于热采井。     

HSM-2型特殊螺纹套管接头设计分析

在综合考虑油田使用要求和现有机床加工能力的基础上,以计算机仿真技术为手段,分析并模拟套管接头在多种工况下的使用性能,优化特殊螺纹套管接头的结构,设计开发出一种具有自主知识产权的HSM-2特殊螺纹套管接头新结构。目前,HSM-2特殊螺纹接头已经通过了严格的评价试验,并获得了下井应用。新产品HSM-2特殊螺纹套管接头的设计开发,成功实现CAD（计算机辅助设计）—CAE（计算机辅助分析）—CAM（计算机辅助加工）的无缝衔接,降低了新产品开发成本和开发周期,可以为开发更多类似产品提供参考。     

苏仁诺尔断裂伴生和派生裂缝垂向封闭性形成时期研究

在古裂缝面压力和古镜质体反射率恢复的基础上,对苏仁诺尔断裂伴生和派生的未完全闭合倾斜裂缝和垂直裂缝于大一段盖层内的垂向封闭性形成时期进行了恢复,结果得到未完全闭合倾斜裂缝于青元岗组沉积初期于大一段盖层内开始形成垂向封闭性,与南一段源岩大量排烃期近于同期,对于封闭南一段源岩生成排出的油气是有效的.苏仁诺尔断裂西南部伴生和派生垂直断裂缝在古近纪早期于大一段盖层内处于二氧化硅或碳酸盐第一个沉淀带内垂向封闭,之后二氧化硅或碳酸盐溶解垂向开启,目前又正进入二氧化硅或碳酸盐第二个沉淀带内形成垂向封闭.而苏仁诺尔断裂东北部伴生和派生的垂直裂缝于新近世末期至现今于大一段盖层内才开始进入二氧化硅或碳酸盐第一个沉淀带形成垂向封闭性,不仅晚于南一段源岩大量排烃期,而且封闭时间短,对于封闭南一段源岩生成排出油气的有效性差.