基于ISO 13679A系载荷的特殊螺纹接头密封性能仿真研究

基于ISO 13679标准和密封性能机制,借助有限元软件对某特殊螺纹接头进行高温和室温环境下A系全包络线载荷试验评价,分析其在服役环境下的密封性能。依据密封性能机制分析不同载荷循环后的密封能与密封能倍数变化规律,并对关键载荷点进行密封性能的对比分析。研究表明：特殊螺纹接头对高温（180 ℃）和室温95%VME（等效应力水平）包络线载荷循环相对敏感,密封面的平均塑性应变是影响接头密封性能的重要因素,一次完整A系循环试验后,特殊螺纹接头密封面上的接触应力和接触长度均减小,接头整体仍能保持气密封性能。运用有限元分析方法可有效模拟ISO 13679 A系试验过程中的受载条件,且密封性能仿真结果与实物试验结果一致。该方法可提高特殊螺纹接头的开发效率,具有替代实物试验的可行性。     

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。     

基于ISO 13679 B系试验载荷的特殊螺纹接头密封性能研究

为评估特殊螺纹接头的密封性能,充分考虑螺纹升角对特殊螺纹接头性能的影响,借助ABAQUS有限元软件建立某特殊螺纹接头的三维有限元模型,仿真分析ISO 13679标准B系载荷包络线加载路径下,该特殊螺纹接头密封面上的Von Mises应力及接触压力分布。结果表明:弯曲载荷对接头应力分布及接触压力分布状态影响较大;特殊螺纹接头密封面上的Von Mises应力及接触压力分布趋势一致,均为在受拉一侧Von Mises应力及接触压力数值较小,受压一侧Von Mises应力及接触压力数值较大;接头受拉一侧密封面上的接触压力随着轴向压缩载荷的增大而减小,特殊螺纹接头可能会发生密封失效。     

油管特殊螺纹接头密封及安全综合性能评价

为研究井下复杂工况对油管特殊螺纹接头的影响,利用Abaqus有限元软件建立螺纹接头有限元模型,在一定径向和轴向过盈量下模拟初始螺纹上扣状态,在不同轴向载荷、内压和温度下分析油管特殊螺纹整体结构完整性以及密封性能,并提出整体密封、局部密封性能指数以及综合安全性能评价方法。结果表明：在不同工况条件下特殊螺纹接头Mises应力和接触压力呈现凹型分布趋势,首尾以及最后一扣退刀槽位置是应力相对集中的薄弱部位;温差增大导致接头结构热胀冷缩变形应力水平有明显提高,内压以及轴向载荷增加使整体密封性能有所提高但台肩局部密封性能存在差异;接头使用螺纹脂提高了螺纹接头整体及局部的密封和安全性能;内压越大温度越高接头安全性越低;螺纹在拉伸载荷工况下整体安全性能有所提高,但局部台肩结合处出现分离致使安全性有所下降;在压缩工况条件下螺纹整体安全性有所上升,但受螺纹结构与抗压缩性能影响,超过一定载荷安全性能反而下降。     

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。     

特殊螺纹接头主密封优化研究

以特殊螺纹接头为研究对象,采用有限元分析的方法,分析常规锥面/锥面密封结构、变锥面密封结构以及逆向台肩3种结构主密封面上接触压力分布规律,并在此基础上提出一种改进型密封结构。有限元分析结果表明:锥面/锥面密封结构主密封面上接触压力分布不均,有效接触长度很短;变锥面密封结构和逆向台肩能够在一定程度上改善接触压力分布,但密封结构参数对接触压力分布影响很大;改进型密封结构综合了上述结构的优点,主密封面上接触压力呈现U型分布,并且在拉伸载荷作用下有着更高的稳定性。     

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。     

石油套管特殊螺纹接头的密封设计

利用有限元技术和全尺寸试验相结合的方法,研究了石油套管特殊螺纹接头密封设计的方法。给出了设计石油套管特殊螺纹接头时,既能保证其密封性,又不至于发生粘结损坏的条件。最后利用数控机床加工出了这种接头,并进行了全尺寸评价试验,结果显示该接头的密封性能达到了设计目标,表明确定的特殊螺纹密封设计的方法是可行的。     

石油套管特殊螺纹接头密封结构设计方法

API标准石油套管螺纹接头由于结构设计缺陷,其密封性能不能满足高温高压的使用需要。提出锥面与圆弧面配合的特殊螺纹接头密封结构形式,采用具有辅助密封效果的倒钩抗扭矩台肩,通过优化选取密封面的锥度、长度及过盈量,严格控制密封面的接触压力,保证结构具有良好的密封性能。全尺寸评价实验结果表明,该接头的密封性能达到了使用要求,说明确定的特殊螺纹密封设计方法是可行的。     

特殊油管扣螺纹参数对接头连接强度影响分析

为了明确特殊油管扣在使用过程中螺纹牙处的应力变化情况,建立了考虑螺旋升角的特殊油管扣的有限元模型,研究了不同的承载面和导向面对接头螺纹的Mises等效应力影响.结果表明,复合载荷作用时,整个螺纹牙部分的等效应力会随承载面角度的增大而先减小后增大,当承载面角度为-4°、-3°和3°时,螺纹处的等效应力较小,且沿螺纹牙分布...     

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。     

石油油管螺纹密封初探

对石油油管螺纹密封的机理进行了初步探讨。明确提出在密封接触面之间存在“环状压力接触区”的新概念以及该环状压力接触区的不可间断性是保证可靠密封的必要条件。为从设计、加工及使用等各环节保证石油油管螺纹水压密封的可靠性确定了理论基础     

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。     

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。     

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。     

基于磁-声结合的特殊螺纹油管密封检测方法研究*

针对特殊螺纹油管下井后仍存在密封失效的问题,提出采用金属磁记忆和超声相结合的检测技术应用于特殊螺纹油管密封性能的检测。搭建金属磁记忆检测系统,采集上扣前后接头的磁记忆信号,提取并分析特征参数磁记忆信号梯度值。结果表明:磁信号梯度值可以表征螺纹形貌;上扣后啮合螺纹应力分布不均,起始端磁信号梯度值大,应力集中程度高。搭建超声检测系统,采集上扣前后油管密封面回波信号,计算声强反射系数,并利用声强反射系数与接触应力的关系得到密封面接触应力分布。结果表明,上扣后密封面环形带上保持了较高的接触应力,具有一定密封能力。磁-声结合的检测方法实现了对接头螺纹连接部位应力集中情况和密封面接触应力分布的检测,进而可评估密封性能,为保障油管下井服役提供了更安全更有效的密封检测手段。     

油井管用特殊螺纹接头关键技术分析

介绍了国内外油井管特殊螺纹接头发展现状,对特殊螺纹接头的联接螺纹、密封面和抗过扭台肩3部分的结构和功能进行了分析,指出了研发时遵循的设计准则,提出了设计特殊螺纹接头时的具体过程和注意事项,为今后的研发奠定了基础。