特殊螺纹油管接头上扣性能三维有限元分析

特殊螺纹油管接头有限元分析多采用二维轴对称模型,不考虑螺纹升角,以主密封面与台肩处的渗透量模拟上扣时金属-金属间的过盈配合。该方法不能准确反映上扣时过盈量与扭矩的对应关系。鉴于此,考虑螺纹升角的影响,利用Abaqus软件建立了某特殊螺纹油管接头三维有限元模型,模拟分析了接头在最佳、最小、最大上扣扭矩下的上扣过程。分析结果表明,所建特殊螺纹接头模型加载扭矩曲线与标准上扣扭矩曲线基本相符;3种扭矩作用下,密封面与台肩环向路径上接触应力较大且分布较为均匀,螺纹啮合处虽有应力集中,但3种状态下最大等效应力远小于材料屈服强度且大小几乎相等;最佳扭矩拧紧状态下该型特殊螺纹油管接头具有最好的密封性能与足够大的连接强度。研究结果有助于深入了解上扣扭矩与密封性能和连接强度的关系。     

TM气密扣管柱校深方法的改进及应用

在完井作业的射孔作业中，校深资料的录取与解释直接关系到射孔作业的成效。限于38mm常规校深仪无法准确对TM气密扣管柱接箍进行校深的实际，成功研发了新型强磁井下仪。经大港储气库4口井的实际应用，录取的资料清晰完整，分辨率大为提高。新型强磁校深井下仪能够对目前油田开发中使用的所有完井管柱扣型进行有效探测，完全适用于各种井的校深射孔作业。     

特殊扣套管在川东地区的使用及认识

文章介绍了日本国产的５种特殊扣套管的结构特点、性能对比及下井使用要求，以及与长圆扣套管特性之间的对比。通过在川东钻探公司２３口井的使用，证实其效果很好。并且提出四川地区的深井、高压气井固井应主要选用３ＳＢ特殊扣套管的观点。     

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。     

新型油管拧扣机

介绍一种实现油管螺纹最佳拧紧度的判定原则和用此判定原则为基础设计的油管拧扣机。此拧扣机采用机械主传动、液压夹紧和微机电器控制。可实现边拧扣边判断拧扣质量，功能齐全。     

油管螺纹抗粘扣性能研究

对进口油管和国产油管抗粘扣性能的对比试验表明, 进口油管的抗粘扣性能明显优于国产油管, 指出应从提高国产油管材料的冶炼水平和热处理质量着手来提高国产油管的抗粘扣性能。重点分析了油管螺纹几何参数、螺纹加工工艺和现场实际操作规范等因素对油管抗粘扣性能的影响, 提出改进螺纹加工技术、采用封堵试压、扭矩+J值(位置) 控制上扣扭矩等措施可提高油管抗粘扣性能。     

交变拉伸载荷下油管丝扣密封性能研究

针对高压注入井油管在服役环境下长期承受交变拉伸载荷作用存在泄漏风险的问题,通过搭建交变拉伸载荷下油管丝扣密封性能测试试验平台、优选试验设备及制定合理的试验步骤,对平扣、BGT扣、FOX扣油管试样在10~50 t拉伸交变载荷下的密封性能进行了模拟。模拟结果显示:对3种扣型油管试样施加同等拉伸载荷,其密封性能随交变次数增加而降低,降低幅度为平扣>BGT扣>FOX扣;50 t拉伸载荷施加5次后,3种扣型油管试样的密封性能分别为5.67 MPa、32.69 MPa、73.67 MPa。研究表明,平扣无法满足注入井的密封要求,BGT扣及FOX扣具有较好的适用性。研究结果为注入井油管扣型选择提供了依据。     

基于ANSYS的套管特殊螺纹接头密封结构设计

分析了API套管螺纹接头的泄漏机理以及特殊螺纹接头的密封机理,在API套管螺纹接头的结构基础上进行了一定改进,提出了一种新型的双台肩、三锥度套管特殊螺纹接头的密封结构形式,并利用ANSYS软件对设计的密封结构在上扣和拉伸两种工况下进行了分析研究,得出了不同工况下螺纹接头各扣牙的受力曲线。分析结果表明,该特殊螺纹接头结构合理,各扣牙受力分布较为均匀,可延长套管接头的使用寿命。关键词:螺纹接头;泄漏机理;密封机理;受力分析     

高抗扭强度钻铤螺纹设计及有限元分析

研制的高抗扭强度钻铤螺纹与API标准钻铤螺纹相比,只是在外螺纹小端增加了一段光滑的圆柱面。该结构可在达到上扣扭矩时,使螺纹内、外台肩同时顶紧,形成2道密封面,不仅增加了螺纹的受力截面积,而且提高了钻铤螺纹连接强度和抗扭强度,大大降低了密封面发生刺漏的几率。有限元分析和现场使用表明,使用高抗扭强度钻铤螺纹是延长钻铤寿命、减少井下事故的一种有效措施。     

一种新型钻杆螺纹设计及应力分析

针对应力集中导致石油钻杆螺纹产生疲劳裂纹,进而发生断裂失效事故的问题,在API接头的基础上,研究开发了一种新型钻杆螺纹接头。该新型螺纹结构主要改进之处是内螺纹锥度保持1∶6不变,外螺纹锥度变为1∶6.23。有限元分析结果表明,这种螺纹形式显著改善了接头受力情况,使得螺纹应力分布更加均匀,并降低了主台肩过渡圆角处的应力集中。对样品的上扣试验结果表明,采用新型螺纹后,外螺纹接头主台肩底部的过渡圆角处应力集中情况也得到明显改善,接头整体受力分布和不同区域应力差更趋平缓,降低了螺纹前几牙及主台肩过渡圆角处的应力集中情况,可大大延长接头使用寿命。     

新型气密封特殊螺纹接头抗旋转弯曲疲劳试验研究

套管接头在水平井下入过程中承受大量旋转-弯曲疲劳循环载荷,这种循环载荷会导致套管接头螺纹根部产生高应力,导致疲劳损伤和潜在的结构失效,从而对后续油井作业中的管柱接头密封和结构能力产生影响,因此需开展套管特殊螺纹抗旋转弯曲疲劳试验研究。基于API 5C5:2017及API TR 5SF标准,通过对某型特殊螺纹套管进行共振弯曲疲劳试验,评价该特殊螺纹接头在疲劳振动载荷下的密封性。结果显示,试验中加载频率越接近试样固有频率,振动越激烈,弯曲应力幅值越大;1#试样在内压60 MPa、弯曲度＞20°/30 m的加载条件下,累计加载循环次数54 192次后,试样完好,螺纹接头及管体未出现渗漏及破坏;2#试样在内压0.5 MPa、弯曲度＞20°/30 m的加载条件下,累计加载循环次数107 535次后,试样完好,螺纹接头及管体未出现渗漏及破坏。研究表明,该规格特殊螺纹接头在疲劳振动载荷下仍具有良好的密封性。该试验为共振弯曲疲劳试验方法和相应试验设备在特殊螺纹套管疲劳振动试验领域的深入应用提供了参考。     

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。     

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。     

锯齿形螺纹接头油管连接强度影响因素研究

通过有限元方法对锯齿形螺纹接头进行拉伸条件下破坏失效规律研究,同时对螺纹啮合长度和壁厚对连接强度的影响进行了分析,并通过全尺寸试验进行了验证。分析表明:锯齿形螺纹接头断裂强度高于滑脱强度,接头的拉伸失效破坏形式为断裂;螺纹啮合长度对锯齿形螺纹接头连接强度有较大影响;为了保证连接强度,应该上扣到位,保证螺纹啮合长度;管端壁厚和偏心对锯齿形螺纹接头连接强度有显著影响,建议应该控制最小壁厚和偏心度。     

取心工具螺纹机械性能的改进

针对现有各型取心工具因螺纹结构特点的局限，存在抗拉、抗扭强度不高的问题，在工具多次使用后易出现疲劳损伤、螺纹胀裂等现象，四川石油取心中心对现有取心工具进行了改进，并计算对比了改进前后2种螺纹的抗拉和抗扭强度，结果证明改进后的取心工具的螺纹机械性能被大大提高。