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。     

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。     

交变载荷作用下特殊螺纹油管接头连接强度及密封性分析

为使高温高压深井油气开采顺利进行,需保证特殊螺纹接头的连接强度和密封性。以某线密封结构特殊螺纹油管接头为研究对象,建立接头的有限元法模型,简化接头在井下服役过程中所受交变载荷,计算了接头螺纹及密封面上的应力。分析表明,交变拉伸载荷作用下,特殊螺纹油管接头螺纹上的最大等效应力小于材料的屈服强度,具有较高的连接强度;随着交变拉伸载荷周期的增加,特殊螺纹油管接头密封面最大接触应力逐渐下降,可能导致泄漏;随着交变压缩载荷周期的增加,特殊螺纹油管接头密封面上的最大接触应力在初期有所下降,后期基本保持不变,具有较好的密封性能。     

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。     

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。     

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     

油套管特殊螺纹密封面微观泄漏机制研究

特殊螺纹金属对金属密封的可靠性不仅与主密封面的结构和油套管材料性能有关,而且与螺纹接头密封面表面粗糙度、泄漏介质特性等因素有关,其密封性能的研究是一项复杂而又难以解决的问题。在微观尺度下,分析特殊螺纹金属对金属气密封泄漏机制,并建立微观尺度下气体通过金属密封间隙泄漏速率的理论模型;在考虑密封表面粗糙度的情况下,建立特殊螺纹气体泄漏率的数学模型。以锥面对锥面密封为例,研究密封表面接触应力、表面粗糙度和密封面接触长度对特殊螺纹气体密封性能的影响。计算结果表明:随密封面接触应力的增大和密封面有效接触长度的增加,气体泄漏率均呈幂率指数规律降低;随密封面粗糙度的增加,气体泄漏率随之增大。     

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。     

助基于磁梯度张量的金属磁记忆检测方法

金属磁记忆是对铁磁材料早期微观损伤及应力集中进行无损检测的有效方法。为提高磁记忆检测的可靠性,充分利用磁记忆信号的矢量信息,将磁梯度张量测量及分析方法引入磁记忆检测中。根据张量缩并分析理论得到了磁记忆信号的磁梯度张量模量,通过求解梯度局部相位的一阶导数得到信号的梯度局部波数,然后分析信号的磁梯度张量模量和梯度局部波数分布特征,得到磁梯度模量和梯度局部波数极值点分别与应力集中边界和中心位置的对应关系。实验结果表明：磁梯度张量方法能够克服检测方向与缺陷夹角变化对测量信号的影响,准确地对应力集中进行判断。     

基于磁梯度张量的金属磁记忆检测方法

金属磁记忆是对铁磁材料早期微观损伤及应力集中进行无损检测的有效方法。为提高磁记忆检测的可靠性,充分利用磁记忆信号的矢量信息,将磁梯度张量测量及分析方法引入磁记忆检测中。根据张量缩并分析理论得到了磁记忆信号的磁梯度张量模量,通过求解梯度局部相位的一阶导数得到信号的梯度局部波数,然后分析信号的磁梯度张量模量和梯度局部波数分布特征,得到磁梯度模量和梯度局部波数极值点分别与应力集中边界和中心位置的对应关系。实验结果表明:磁梯度张量方法能够克服检测方向与缺陷夹角变化对测量信号的影响,准确地对应力集中进行判断。     

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.     

基于ISO 13679的特殊螺纹接头上扣性能仿真分析

ISO 13679为目前通用的特殊螺纹接头评价标准,但其实物试验周期长、花销大。为探索有限元方法模拟试验的可行性,依据ISO 13679 IV级试验要求建立三维有限元模型,对标准中上扣试验进行仿真模拟,分析不同几何参数特殊螺纹接头在最大上扣扭矩作用下密封面及台肩处的应力分布状态及其密封性能。研究结果表明:密封面有效接触长度随密封过盈量的增加而减少;外螺纹锥度大、内螺纹锥度小时,密封面环向路径上接触压力最低,密封性能最差;所选特殊螺纹接头在9次上卸扣后,等效塑性应变随上卸扣次数增加而增大;三维有限元分析方法可有效模拟上扣试验过程,在一定程度上具有代替实物试验的可行性。     

不同外载作用下特殊螺纹油管接头应力有限元分析

为确保足够的连接强度,联接入井的特殊螺纹接头密封面、扭矩台肩处的密封副必须保持合理的应力水平。文中以某特殊螺纹接头为例,通过ANSYS有限元软件进行应力分析,得到了内压、轴向力及复合载荷等不同载荷作用下油管接头的应力分布规律。结论表明:内压与轴向拉力复合作用时,随着轴向拉力的增大,最大等效应力点由密封面逐渐向大端螺纹处转移;复合载荷作用下,该特殊螺纹接头两端仍有较大的应力集中现象,存在应力不均问题,应该进一步优化设计螺纹参数。     

多因素作用下储气库注采井油管接头气密性分析

储气库注采井油管接头在服役期间,套管接头处会承受拉、压载荷以及交变压力等,对套管接头气密性产生影响。为研究不同工况下接头主密封面等效应力变化以及分布规律,采用SOLIDWORKS软件和ANSYS软件对特殊螺纹套管接头进行应力分析,确定井口部分为套管串气密性危险点以及主、次密封面过盈量。研究结果表明:为满足特殊螺纹接头气密性及安全性需求,在高内压工况下主、次密封面过盈量应分别为0.05、0.01mm,在低压工况下可适当增加次密封面过盈量,以提高气密性;在实际储气库运行周期中,由于交变载荷的作用,接头主密封面有效密封长度会发生变化,甚至在应力集中区域会发生塑性变形,严重损害接头气密性。因此建议在储气库中使用高屈服强度材料的特殊螺纹接头,以满足不同工况下对接头气密性、安全性要求,同时适当增加次密封面过盈量,使密封面等效应力分布更加均匀。     

基于金属磁记忆的宏观焊接裂纹识别方法

为研究焊接裂纹和其他缺口效应造成的应力集中对金属磁记忆信号的不同影响,利用小波分解的方法提取金属磁记忆信号的细节部分,对细节部分做离散Fourier变换后得到其幅值,该幅值是被测材料应力集中程度的一种反映。研究表明,通过反映应力集中水平的金属磁记忆信号特征,可以实现焊接裂纹金属磁记忆检测信号的自动识别及焊接裂纹的检测。     

具有台阶密封面油套管接头力学性能有限元分析

以具有台阶密封面结构的锥形油套管接头为研究对象,以美国石油学会(API)圆螺纹套管接头为例,通过有限元分析计算,研究了锥螺纹联接上扣拧紧时,拧紧圈数和密封面初始间隙对密封面上挤压力、螺纹轴向力和轴向累计弹性变形量的影响规律.结果表明:在密封面初始间隙一定的条件下,螺纹接头拧紧圈数增大使密封面上挤压力、螺纹轴向力和轴向累计弹性变形量增大;当拧紧圈数相同时,密封面初始间隙越小,密封面上挤压力、螺纹轴向力和轴向累计弹性变形量越大.     

基于磁记忆技术的高温蒸汽管道无损检测

为了确保电厂高温蒸汽管道的安全运行,使用一种基于磁记忆的无损检测技术对高温蒸汽管道的缺陷及其位置进行早期诊断。首先,使用TSC-1M-4磁记忆检测仪检测45号钢试件,分析了试件漏磁场梯度曲线的分布特征;然后,检测电厂在役的主蒸汽管道,根据漏磁场梯度曲线的分布特征确定了管道的应力集中区;最后,用MM-system软件分析曲线的梯度K和最大超调量m值,判断管道的应力集中区是否构成缺陷。结果表明：高温蒸汽管道磁记忆信号的梯度曲线可以反映应力集中的位置,分析磁记忆信号曲线的梯度K和最大超调量m值,可以判断应力集中区域是否构成缺陷。     

基于ANSYS的特殊螺纹接头结构设计与分析

针对API螺纹接头泄漏等问题,进行了螺纹接头密封机理的研究。建立了螺纹接头密封性能与受力情况、温度载荷变化情况之间的关系;提出了一种双台肩、三锥度的新型特殊螺纹接头的密封形式,利用ANSYS软件对新型特殊螺纹接头分别在两种受力工况和不同温度载荷下进行了分析,得出了特殊螺纹接头各扣牙的接触应力变化曲线、各扣牙齿顶齿根受力变化情况曲线及其抗泄漏能力随温度载荷变化情况曲线。研究结果表明:基于ANSYS的新型特殊螺纹接头受力分布呈"W"型,其值变化范围为150 MPa～350 MPa,未超过材料强度极限,整体受力较为均匀;并且螺纹接头的接触应力变化相对值范围为-25～0,符合防泄漏机理要求。     

不同载荷作用下特殊螺纹油管接头密封性分析

为了解井下复合载荷工况下特殊螺纹接头的接触压力分布规律,为油管接头选用及改进设计提供依据,以某特殊螺纹接头为例,借助ANSYS有限元软件进行了内压、轴向力及复合载荷作用下接头的接触压力分析。结果表明:轴向拉伸使油管从接箍中向外滑动,密封面最大接触压力有所降低,但只要拉力在一定范围内,密封面有足够的接触压力,就不会影响接头的密封性能;密封面最大接触压力随内压的增大而增加;轴向拉力与内压复合作用时,扭矩台肩最大接触压力有所减小,而主密封面最大接触压力增加。     

面向再制造的510L钢疲劳裂纹扩展磁记忆检测

为探索磁记忆信号在铁磁性材料裂纹扩展过程中的变化规律,以510L钢为研究对象,采集裂纹扩展过程不同区域的磁记忆信号,计算裂纹尖端的应力强度因子,分析疲劳断口形貌,探讨金属磁记忆方法对铁磁材料疲劳损伤与裂纹扩展检测的可行性,并建立裂纹尖端磁记忆信号梯度Kmax值和应力强度因子KI之间的关系。结果表明:M(T)试样宏观切口处的磁记忆信号特征量比裂纹尖端应力集中处的磁记忆信号特征量明显;梯度Kmax值和应力强度因子KI在疲劳循环累积下均呈指数形式增加,从断裂力学角度说明Kmax反映疲劳累积损伤的可行性;磁记忆信号特征量ΔHp(y)及Kmax可以反映经过不同服役期的510L钢损伤情况,为再制造修复和加工提供依据。