Sealing Reliability and Sensitivity Analysis for a Premium Threaded Connection Based on Kriging Model

In order to analyze the sealing performance of a new designed premium threaded connection,this paper studies the sealing reliability and sensitivity of the premium threaded connection at its most dangerous load condition based on Kriging model.The load condition of premium threaded connection in deep well is so complex that the most dangerous load point of premium threaded connection under the typical series loads is studied by finite element analysis(FEA) method firstly.Since the FEA of the premium threaded connection is too time-consuming,Kriging model which is accurate and efficient for multidimensional and highly nonlinear problems is built to calculate the sealing reliability of the premium threaded connection at the most dangerous load point.Finally,the sealing sensitivity analysis of the premium threaded connection is performed by the method of variance-based global sensitivity analysis.The work in this paper could contribute for the analysis and further improvement of the premium threaded connection.

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。

开窗侧钻对钻柱螺纹应力与密封性能的影响分析

为分析开窗侧钻过程对钻柱螺纹接头强度与密封性能的影响,考虑螺纹在倒划眼和开窗侧钻时的工作状态,建立了钻柱螺纹接头三维有限元模型,分析了复杂载荷下螺纹接头应力和接触压力的分布规律,研究了不同材料和不同公差配合下螺纹接头的应力和密封性能,并与文献计算结果进行对比,验证了模型的准确性。研究表明:开窗侧钻时,螺纹接头受到的弯矩最大,主副台肩拉伸侧密封性能只有压缩侧的52.0%;倒划眼作业时,井口处钻柱受到的轴向载荷最大,外螺纹前两圈齿根应力超过屈服强度,存在断裂风险,主台肩面脱离、螺纹接头密封失效;随着材料弹性模量降低,螺纹接头在开窗侧钻时承受的弯矩减小,当材料弹性模量降至50.0%时,螺纹最大应力减小了17.0%,最小接触压力减小了19.6%;在极限公差下,螺纹接头主要由副台肩承受接触压力转变为主要由主台肩承受接触压力,副台肩应力得到改善,但密封性能完全失效。根据开窗侧钻过程中螺纹结构应力状态的研究结果,可通过改变螺纹材料和公差配合提高钻柱接头的安全性与密封性。

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。

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。

高温井井口抬升工况套管螺纹热应力行为

高温高压井生产过程中出现井口抬升现象,增加了套管螺纹失效的风险,评价井口抬升工况下套管螺纹失效风险是井筒完整性的基础。采用有限元法和实验法,建立了套管螺纹的热应力模型,分析了不同温度与轴向力作用下套管螺纹的力学行为。研究表明:高温高压井套管螺纹失效风险较高,螺纹啮合处两端的螺纹牙容易出现应力集中;井口温度为33℃时,随着拉力增加,套管螺纹的最大应力值增加,当拉力达到3350 kN时,偏梯形套管螺纹最大应力为758 MPa,有屈服失效的风险;随着温度的增加,井口抬升量呈线性增大的趋势,而套管螺纹最大应力值也会随之增加。建议在高温井生产时,应选择合适产量或使用隔热管降低螺纹的工作环境温度,以保证现场安全生产。研究成果为高温高压井筒完整性评价提供技术支撑。

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。

变压器110 kV穿缆式套管升降装置设计研究

随着主变压器运行年限的增长,密封圈逐渐老化而出现渗漏油缺陷,经常需要吊起套管对密封圈进行更换。目前的作业方式是用吊车将套管吊起进行更换,作业风险高,而且户内封闭式主变室无法使用。为此,设计了一种变压器110 kV穿缆式套管升降装置,通过套环套设在套管上,利用螺栓以及锁紧座对套管进行定位以及锁紧,上方的吊钩组件可调节水平位置和高度,旨在解决更换变压器110 kV穿缆式套管升高座密封圈时存在的问题,既提高了工作效率,也规避了使用吊车误触电的风险,给电力设备和人身安全提供了保障,也为电力电网设备吊运检修提供必要的技术支持。

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。

超深井油管特殊螺纹密封性能评价研究

为研究恶劣井况下某油管特殊螺纹接头的密封性能,在有限元软件中建立此接头的二维有限元模型,对不同工况下特殊螺纹接头的力学性能以及密封性能进行分析研究,引入一种新的方法即分析螺纹全长、半长、台肩处的泄漏情况,以细化对接头密封性能的评价。结果表明:上述特殊螺纹接头在上扣以及受载时,结构的最大Mises应力超过了材料的屈服极限,但大部分区域应力水平较低,无塑形贯通部位,整体结构完整;螺纹全密封性能指数均大于临界密封性能指数,整体无泄露;但分析半长以及台肩处的泄漏情况后发现,不论是拉伸还是压缩载荷,台肩处的泄漏都比较严重。以上研究结果对复杂工况下细化螺纹的选型具有重要的指导作用。

一种无接箍直连型螺纹接头设计开发及应用

基于小井眼或固井间隙较小的油气井特殊环境,本文设计了一种管体外径较小,抗拉及抗压性能较好的无接箍直连型螺纹接头。首先,根据应用环境,确定了楔形螺纹接头的结构及齿顶过盈密封形式;其次,使用ANSYS有限元模拟分析在不同载荷包络线下螺纹接头的受力情况;最后,经过上卸扣试验、复合加载试验和失效试验评价了无接箍直连型螺纹接头性能。结果表明,通过使用ANSYS螺纹接头在不同受力下的情况进行有限元模拟分析,轴向载荷对螺纹接头最大接触压力影响较大,其中,拉伸载荷对螺纹接头齿形应力影响较大,最大接触压力越大,螺纹变形量也越大,螺纹变形量越大更容易造成螺纹密封泄漏内压对螺纹接头应力影响较大,温度和弯曲载荷对螺纹接头应力影响较小。经过试验验证,上卸扣测试接头无粘扣,密封测试无泄露,失效测试合格,螺纹接头满足使用要求。

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。

油套管螺纹接头密封面粘扣试验与分析

为了研究油套管螺纹接头不同密封结构参数与密封面粘扣的关系,以Φ346.08 mm×15.88 mm P110套管特殊螺纹接头为例,设计了不同的密封面参数,并进行实物上、卸扣试验,通过试验分析提出可以用摩擦功这一量化指标来表征密封面抗粘扣性能。研究表明,当摩擦功小于387 kJ时,粘扣风险较低;密封结构不匹配会导致密封面接触发生“犁削效果”,即使摩擦功很小也会发生粘扣,属于非正常摩擦磨损。

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。

磨损对套管特殊螺纹强度及密封性能的影响

套管螺纹接头磨损是影响套管柱密封和结构完整性的重要原因之一。由于套管螺纹接头结构特点复杂,目前对套管螺纹接头在磨损工况下的力学性能研究较少。建立TPCQ套管特殊螺纹的有限元模型,分析内压、外压作用下磨损套管螺纹接头的应力分布和密封性能。结果表明:螺纹剩余强度随着磨损深度的增加而降低;当磨损深度达到4 mm时,抗内压强度、抗外挤强度和抗拉强度分别下降了22.9%、26.1%和18.2%,此时密封性能参数小于临界密封性参数,螺纹密封有泄漏风险。提出的方法可以量化评价磨损后套管螺纹接头的剩余强度及密封性能,为套管剩余强度评估和套管强度校核提供理论基础和技术依据。

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。

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。

水力压裂过程中的页岩气套管螺纹接头刺穿原因分析

川渝地区进行页岩气开发,水力压裂是采集页岩气最为有效的增产措施。页岩低渗透率等物理特性以及缝网压裂技术使页岩气套管承受苛刻的压裂条件。针对页岩气井在压裂过程中出现套管螺纹接头刺穿失效事故,现场取样后对套管接头刺穿失效的原因进行试验分析。结果表明,套管外螺纹接头密封面上的机械损伤是导致水力压裂过程中套管接头刺穿失效的主要原因。为了避免类似刺穿失效事故的发生,建议页岩气套管施工现场套管对扣前检查密封面,下油层套管时使用气密封检测技术,使用新型结构的气密封扣套管。

发电厂汽轮机轴瓦温度TSI元件引出线渗油创新治理

对于发电厂汽轮机本体轴瓦温度TSI元件均存在不同程度引出线及出线孔渗油或漏油现象,此类元件多数参与机组重要保护系统,运行期间处理起来不仅危险性很大并且很难根治。这种情况是火力发电厂普遍存在的老大难问题,需要我们开拓思路,技术创新,以一种新型穿线密封技术有效解决元件虹吸现象和出线渗漏等问题。

NAFENet:基于全局注意力特征融合的螺纹扭矩曲线分类网络

为了提高螺纹油套管气密封检测的工作效率,本文提出了一种基于全局注意力特征融合的螺纹扭矩曲线自动分类网络,即NAFENet.具体来说,NAFENet为了增强模型的表达力,将EfficientNet-B0的卷积结构扩展至11层得到EfficientNet-B11.同时,在其每个MBConv卷积层中构建了基于non-local全局注意力和AFF特征融合模块,以帮助模型获取曲线图像中较为全局的信息,提高特征提取能力.实验结果表明,NAFENet在参数量相较于EfficientNet-B0只有小幅度的增加情况下,曲线识别精度有了较大提升,在自制UBT_Curve数据集上,模型准确率达到92.87%.