高速注采储气库井套管螺纹密封性研究

套管螺纹密封性是影响周期性高速注采作业的储库气井安全性的关键因素,因此保证储气库井的密封性完整极其重要。需要重点研究储气库井注采过程中对其套管柱密封性的影响,特别是循环注采过程中产生的交变载荷对储气库套管柱特殊螺纹接头密封结构性能的影响。基于有限元法理论,针对中国北部某储气库井所选用的特殊螺纹接头,结合储气库井实际工况和现场数据,建立套管接头螺纹有限元计算模型,研究了循环注采条件下,温度、注采压力、轴向载荷及点蚀对储气库套管螺纹密封状态的影响。结果表明,温度对套管螺纹接头的结构完整性和密封完整性影响较小,注采压力、轴向载荷和点蚀对其影响较大,需控制在一个较低值。研究可为储气库井套管柱密封失效判定及其套管柱设计提供参考。

薄壁管材特殊螺纹接头密封性能研究

为了解决薄壁管材特殊螺纹接头在油田频繁出现高压泄漏的问题,采用有限元和实物试验相结合的方式,研究分析了薄壁管材特殊螺纹接头台肩厚度、螺纹过盈量和密封面结构等关键参数对接头密封性能的影响。结果表明,增大台肩厚度、降低螺纹过盈、设计锥/锥密封结构可大幅提高接头密封接触压力积分值,能够较好解决薄壁特殊螺纹油套管密封性能不足而导致的高压泄漏问题。根据该思路设计出常用规格的薄壁特殊螺纹套管,经实物试验验证,薄壁套管接头抗粘扣性能优异,密封性能达到了100%等管体,能够有效解决薄壁特殊螺纹接头上扣不稳定及高压漏失问题。

油套管特殊螺纹接头密封结构弹塑性数值仿真与试验研究

薄壁油套管特殊螺纹加工时的管端厚度和“黑皮扣”是影响螺纹连接强度和加工效率的因素之一。应用大型通用有限元软件ABAQUS,针对薄壁油套管特殊螺纹接头管端缩口和未缩口以及中径位置调整后的密封性能进行弹塑性分析,建立了不同复合载荷条件下,中径位置优化前后结构以及缩口工艺与密封面接触压力之间的对应关系。结果表明,上扣后,结构优化前后的接触压力相差不大,压缩时,优化后的结构密封面上最大接触压力降低,接触长度增加,整个密封面上各点压力趋于平缓;而在拉伸时,优化后结构密封面上接触压力升高,分布均匀,接触长度增加,拉伸性能相对更好。缩口后的最大接触压力与未缩口时相当,但是接触长度增加,降低泄漏风险。经过试验验证,优化后的结构经过缩口,提高了管体的加工成材率,并且保证了气密封性能和螺纹连接强度,与模拟结果一致。

螺纹表面处理检测参数研究与应用

螺纹连接是实现零部件组装的主要方法,螺纹连接简单,拆卸方便,已被广泛应用于航空航天、石油化工、5G通信、新能源汽车、兵器和模具等行业。随着科学技术的不断发展,对螺纹连接的要求也日益提高,因而螺纹加工过程中进行监测是质量保证的重要手段。应用螺纹连接的装备产品为保证其长贮要求,会对带有螺纹的零部件进行表面处理,表面处理后螺纹尺寸发生变化,为使用专用螺纹量具完成螺纹加工各阶段的检测。因此,需要进行表面处理前、后螺纹检测参数的研究与应用,以控制表面处理前、后螺纹的加工质量,正确地检测表面处理前、后螺纹尺寸是否合格。

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。

新型钻具特殊螺纹优化设计

随着勘探开发向深部发展,对钻具接头的连接强度提出了更高的要求。根据钻具接头受载时螺纹牙的力学特征,设计出一种双台肩锯齿状螺纹牙新型特殊螺纹接头,该结构内表面平滑,降低压耗,螺纹锥度小。文章基于接头抗扭性能理论计算公式与螺纹牙变形原理,提出了一种新型钻具特殊螺纹结构,利用正交优化的方法优选结构参数,得到最优参数为锥度1∶16,螺距7.25 mm,牙高4.10 mm,承载角-3°,导向角45°。进而采用ABAQUS对比计算了普通接头、双台肩接头、新型钻具特殊螺纹接头在井下拉扭复合载荷下的承载性能。结果表明,相较于普通接头和双台肩接头,新型钻具特殊螺纹接头水眼增大10.3%,抗拉性能分别提升15.4%和10.9%,应力集中分别优化22.0%和16.6%,特殊螺纹接头的疲劳寿命分别提高11.2%和7.6%。

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。

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。

高速冲击下特殊螺纹接头动态响应特性研究

为了定量分析冲击载荷对油套管特殊螺纹接头密封性能的影响,采用ABAQUS有限元软件作为结构非线性动力学仿真分析工具,模拟了特殊螺纹在冲击载荷下结构内部发生复杂相互接触作用的力学行为。结果表明,受到冲击载荷后的密封面处接触压力产生一些波动,但总体趋势跟上扣后一致,而密封面处的节点位移普遍增大,说明冲击载荷对密封面处节点的位置有一定的影响;其等效应力比上扣后的等效应力大,台肩处的轴向应力处于主导作用,同时受到径向应力的作用,此处的轴向应力普遍比上扣后的轴向应力和径向应力高,应力的趋势基本一致。

振动工况下特殊螺纹接头密封性能仿真研究

因管柱振动导致特殊螺纹接头密封失效的问题,传统的静力学理论无法有效解释。为此,基于能量耗散理论,考虑密封面微观接触滑移的影响,建立了锥面-锥面特殊螺纹接头有限元模型,通过振动模态分析及摩擦接触分析,研究不同模态振型与上扣扭矩下特殊螺纹接头的能量耗散与密封性能。研究结果表明:基于能量耗散理论,利用力-位移迟滞特性分析密封面的接触滑移状态及能量耗散,可从微观层面解释因管柱振动引发特殊螺纹接头密封性能减弱的问题;模态振型下,特殊螺纹接头密封面间的摩擦力与能量耗散均随上扣扭矩的增大而增大,且3阶模态振型的能量耗散值大于1阶模态;特殊螺纹接头密封面的位移为微米级,密封面的摩擦力-位移迟滞曲线呈“针叶”形,处于黏着与滑移共存的微观滑移状态;长期振动工况下,易造成密封面磨损,导致特殊螺纹接头密封性能减弱甚至密封失效。研究成果可为特殊螺纹接头上扣扭矩控制及动载作用下密封性能评估提供参考。

异形螺纹的三维建模与数控编程技术

塑料、橡胶等挤出设备以及包装机械的输送装置常常用到异形螺纹,因其外形轮廓和牙型的形状特殊,不能直接使用数控系统内置的螺纹加工指令进行编程。采用拟合逼近算法对椭圆形轮廓面上的圆弧牙型螺纹进行刀路计算,编写三重循环嵌套宏程序,实现异形螺纹的数控车削加工。通过编制螺旋线半径变化函数的表达式创建椭圆形螺旋线,应用UG建立异形螺纹三维模型,编写四轴联动铣削程序,实现异形螺纹的数控铣削加工。使用VERICUT对异形螺纹的数控车削和铣削程序进行仿真,通过自动对比和分析异形螺纹的切削模型与设计模型之间的偏差,验证程序的加工结果完全符合设计要求,为各类异形螺纹的数控编程提供参考。

平式连接特殊螺纹油套管结构参数优化研究

为了改善特殊螺纹油套管的使用性能,对平式连接海上油套管螺纹进行了设计和优化分析。针对HST平式连接特殊螺纹管道的应用能力进行了优化,同时采用理论建模的方法对其管道螺纹特性进行了模拟分析,研究了在预紧转矩及轴向拉伸力下的优化螺纹状态。

密封面条件下套管内螺纹加工工艺设计

为提高密封性能,带密封面的特殊螺纹连接应用广泛,但密封面却严重限制了螺纹刀具的高效施展。本加工方案灵活利用了刀具、螺纹及密封面三者之间的有限空间,通过改良结构充分释放了刀齿排布和定位装夹两个方向的设计空间,辅以量身定制的加工程序,最终形成一套同时解决加工效率、刀具偏转和螺纹毛刺的精准工艺方案。

BJC-II型特殊螺纹接头加工工艺优化

为了解决特殊螺纹加工过程中螺纹梳刀磨损过快、加工效率低及毛刺去除不彻底的问题,以P110钢级Φ139.7 mm×9.17 mm规格BJC-II管端特殊螺纹加工为例,提出优化螺纹加工及切削方案,并通过开发新型螺纹刀具、设计模块化刀座等方法提高加工效率。结果表明,通过对比优化前后试验数据及效果,新设计的三齿梳刀配合上下两把梳刀错位1.5倍螺距进行双通道加工的工艺,更有利于螺纹的加工,也可有效地避免螺纹梳刀打刀,提升产品合格率;去除毛刺刀座模块化应用,可有效减少不必要的走刀及刀塔旋转时间,有效去除毛刺。该加工工艺优化方法及应用,能够为特殊螺纹加工及实际生产提供一定参考。

螺纹传导式拧紧结合设备的研究与设计

随着特种装配行业的快速发展,加之特种工件本身结构特点的限制,针对特种圆柱体工件的手工、半自动装配所存在的效率低、损耗率高的问题,采用螺纹传导极大轴向力快速泄力技术,设计并实现了一种具备自动认扣、自动拧紧、扭矩监测、扭矩反馈功能的螺纹传导式拧紧结合设备,并通过对螺纹传导式拧紧结合设备的实物及模拟环境试验,螺纹传导式拧紧结合设备在试验中均能按照设计流程完成工作,得出螺纹传导式拧紧结合设备能够有效提高生产效率、装配合格率并减少了工件的损耗的结论,解决了国内特种圆柱体工件长期采用手工与半自动装配的工艺装配难题。

窄间隙特殊扣套管的使用性能分析

窄间隙套管可有效增大固井间隙,有利于套管的下入和水泥封固质量的提高,具有重要的用途。为此,以一种窄间隙特殊扣套管WSP-1T-SC为例,介绍了该种套管的结构特点,通过全尺寸试验对这种套管的使用性能进行了研究和评价,并借助有限元法对试验结果进行了分析。试验和分析结果表明,这种套管由于采用了不同于API接头的结构形式,因而具有良好的气密封性能和较高的抗内压强度,可以用于天然气井、高压油井的开采,但存在连接效率低的缺点,同时抗内压强度也难以达到管体强度,在选用时应特别注意。

HT高密封性特殊螺纹套管在气井中的应用

由于普通API螺纹套管难以承受高于 70MPa高压气体 ,开发加工了高密封性能的SEAL—LOCKHT特殊螺纹套管。这种螺纹套管的结构特点是 :①端面和侧面为特殊结构密封 ,套管的气密封性能好 ;②采用倒钩螺纹设计 ,提高了螺纹的抗拉和抗内外压能力 ,可防止套管倒扣松动 ;③螺纹结构先进 ,套管插入方便 ,入扣不易错扣 ;④抗过扭矩能力强 ,螺纹联接可靠。室内试验表明 ,该螺纹套管加载 4 32kN ,施加气压 79 9MPa ,气密封良好。 8口井现场应用均取得成功 ,下套管节约 8～ 12h ,节约套管成本 10 %～ 15 % 。

TP-NF/E特殊间隙接箍接头的开发

针对页岩气井的井身结构特点及其对特殊螺纹的使用需求,研制开发了一种TP-NF/E特殊间隙接箍接头。介绍了Φ139.7 mm×10.54 mm规格P110 TP-NF/E特殊螺纹接头的开发情况;运用有限元分析和ISO13679∶2002 CAL II实物性能试验,评价了TP-NF/E特殊螺纹接头的抗螺纹黏结性能、密封完整性、结构完整性等。分析认为:该特殊螺纹采用勾型螺纹连接、锥-锥金属密封面、止扭矩台肩的形式设计,具有良好的抗螺纹黏结和密封性能、较大的抗弯曲能力、较高的抗压缩能力。

某高压气井特殊螺纹接头油管泄漏原因分析

某高压气井特殊螺纹接头油管发生泄漏,结合油管泄漏检查结果,采用化学成分分析、力学性能试验等方法,对油管泄漏的原因进行了分析。结果表明:油管密封面泄漏主要集中在3 900~4 869.49m井段,其中4 200~4 500m井段油管密封面全部泄漏,油管泄漏既与弯曲载荷有关,也与油管刚度有关;天然气从接箍端面渗入的油管集中在1 800~4 869.49m井段,其原因可能与温度升高之后螺纹脂性能发生变化有关,也可能与油管柱承受的载荷分布有关;多根油管接头泄漏,说明该种油管接头气密封性能不满足该井使用要求。

球面对锥面特殊螺纹气密封性能影响因素分析

针对油套管特殊螺纹球面对锥面密封结构,基于Hertz接触力学理论和密封接触能机理,建立了考虑密封面作用扭矩的特殊螺纹气密封压力计算理论模型,研究了球面半径、锥面锥度和密封面作用扭矩对螺纹气密封性能的影响规律,结果表明:随着球面半径增大,螺纹气密封压力呈幂指数规律降低;随锥面锥度增大,螺纹气密封压力逐渐降低,但降幅较小;随密封面附加上扣扭矩增加,螺纹气密封压力呈抛物线型增大。总体来看,球面半径和密封面附加上扣扭矩对特殊螺纹气密封性能影响显著。建议一方面优化球面半径,另一方面合理控制密封面作用扭矩,使得密封接触应力分布既能满足足够的气密封能力,又能保证密封面不发生屈服。