SDTK1井钻铤接头二次上扣特性分析与井下等效冲击扭矩预测

基于8"(203.2mm)钻铤接头三维弹塑性有限元模型,分析复杂载荷条件下NC56钻铤接头内、外螺纹的受力特征和井下二次上扣特性,通过有限元分析,根据接头内、外螺纹台肩处相对偏移量计算井下等效冲击扭矩,形成井下等效冲击扭矩的预测模型,利用塔里木盆地GT1井井下实测结果验证该模型正确性,并应用于中国第1口超万米特深井——深地塔科1井(SDTK1井)。结果表明:复杂载荷作用下钻铤接头应力分布不均匀,台肩处和靠近台肩的螺纹牙处vonMises应力水平相对较高;对于按API(美国石油学会)标准上扣的203.2mm钻铤接头,当井下等效冲击扭矩超过65 kN·m时,钻铤接头的上扣预紧平衡被打破,钻铤接头发生二次上扣;随井下等效冲击扭矩的增大,内、外螺纹台肩处相对偏移量增加。SDTK1井井下存在较大冲击扭矩,井下载荷环境复杂,需要采用双台肩钻铤接头以提高接头的抗冲击扭矩能力或优化作业参数来降低井下冲击扭矩,从而有效防止钻具失效。

上扣扭矩对特殊螺纹接头能量耗散的影响

针对高温高压井动态载荷导致特殊螺纹接头密封性能降低的问题,基于微动接触理论,分析了密封面临界滑移状态,研究了不同上扣扭矩下特殊螺纹接头能量耗散及能量比率。结果表明:随着上扣扭矩的增大,特殊螺纹接头应力及接触压力增大,密封面黏着区逐渐扩大;特殊螺纹接头在不发生强度破坏前提下,适当增加上扣扭矩,可减小动态载荷引起的密封面能量耗散,降低滑移引起的磨损,有利于提高接头的密封性能;三种上扣扭矩及50~90 MPa内压下,该类接头密封指数均大于对应内压下的临界密封指数,满足接头的密封要求。通过研究,明确了上扣扭矩与能量耗散及能量比率的关系,可为动态载荷下特殊螺纹接头密封性能研究提供参考。

油管悬挂器螺纹接头上扣扭矩研究

借助理论分析和试验方法研究了油管悬挂器与油管连接的上扣扭矩。研究表明:油管悬挂器螺纹连接采用厂家推荐的油管上扣扭矩并不合适;油管悬挂器连接如果保证上扣位置,需要提高上扣扭矩;油管悬挂器外径对上扣扭矩有较大影响,建议采用油管最大上扣扭矩对油管悬挂器上扣。

双台肩钻杆接头上扣扭矩力学特性分析

为研究ø139.7 mm×9.17 mm IEU S135特殊螺纹钻杆接头的上扣力学特性,建立了包含进、退刀槽结构的双台肩钻杆接头三维非线性有限元模型,考虑材料非线性、结构非对称、螺旋升角和各啮合面接触等因素,采用ABAQUS/Explicit有限元方法对上扣扭矩作用下钻杆接头关键结构的应力分布特性进行分析。研究结果表明:钻杆接头整体等效应力分布不均,在横截面内呈轴对称分布,关键结构处应力集中显著,最大等效应力未超过材料屈服强度;钻杆接头台肩上的径向预留间隙和其过渡圆角处的结构非连续对台肩面的等效应力及接触压力分布影响显著;钻杆接头螺纹段的等效应力和接触压力均呈“U”形分布,应力整体分布均匀,螺纹接头前3扣与后3扣的承载比之差为8.6%,表明接头承载性能较佳。对有限元模拟结果进行实物验证试验对比分析,试验结果与有限元模拟结果基本符合。分析结果可为钻具优化设计及安全应用提供数据支撑。

台肩式金属密封特殊扣油套管上扣曲线分析与判定

台肩式金属密封特殊扣油套管通过精确尺寸设计、制造及合理的上扣装配满足整个管柱气密封完整性。该类特殊扣实际生产与井口下入的装配过程中,经常会遇到上扣曲线误判导致油套管损坏、泄漏等异常,增加了油气开采的成本与不安全因素。介绍了台肩式金属密封特殊扣主要结构、工作机理、典型上扣曲线的分析判定,明确上扣曲线判断扭矩拐点、圈数等关键参数与计算方法,对台肩式金属密封特殊扣油套管现场上扣操作具有参考意义。

PSC特殊螺纹接头上扣特性研究

针对PSC特殊螺纹接头采用金属密封结构和扭矩台肩的特殊性,开展了4种PSC接头上扣特性的全尺寸试验研究。通过试验,得到PSC接头上扣扭矩圈数曲线图和螺纹过盈量计算公式,并给出国外普遍采用的按台肩扭矩控制上扣的MSTL质量控制图。对我国油田按上扣标记控制PSC接头上扣方法的缺陷进行了讨论,指出应严禁使用;对关于提高PSC接头上扣可靠性问题提出几点建议。

油套管特殊螺纹接头上扣扭矩理论分析

油套管特殊螺纹接头上扣扭矩及其构成对于提高接头结构完整性和密封完整性至关重要。在分析典型上扣扭矩曲线基础上,采用弹性力学厚壁圆筒理论和旋转台肩扭矩公式,建立了特殊螺纹接头上扣扭矩理论计算方法,研究了不同过盈量和螺纹脂摩擦系数对接头总上扣扭矩及其构成的影响规律。结果表明:过盈量和螺纹脂摩擦系数越大,总上扣扭矩越大;螺纹径向过盈量、密封面径向过盈量、螺纹脂摩擦系数越小,台肩面轴向过盈量越大,作用到台肩面扭矩与总扭矩比值越大。总体上,台肩扭矩比值主要受螺纹径向过盈量和台肩轴向过盈量控制,而螺纹脂摩擦系数主要影响总上扣扭矩。建议加强优化公差配合、提高接头加工精度、严格控制上扣圈数并注重优选螺纹脂。研究结果对于确定特殊螺纹接头合理上扣扭矩以及强度计算提供了理论依据。

上扣扭矩对储气井疲劳性能的影响

储气井是一种受交变压力载荷的高压储气设施,其分段的套管通过螺纹和接箍连接,这种螺纹连接的上扣扭矩影响螺纹结构的应力,进而影响储气井的疲劳寿命。建立了储气井套管和接箍螺纹连接的有限元模型,讨论了储气井上扣扭矩的计算方法及其对储气井疲劳性能的影响,并得出以下结论:上扣扭矩对于储气井内部应力分布具有较大影响,计算中不能被简单忽略;预紧力作用下,储气井套管内整体应力水平高于外部接箍,但最大应力却发生在接箍上;对于套管和接箍结构,最易发生疲劳破坏点是套管第一个整螺纹齿齿根或套管与接箍贴合处的螺纹齿齿根部;上扣扭矩没有改变套管和接箍处应力集中点的应力幅值,对储气井的疲劳特性影响较小。

关于圆螺纹油套管API最佳上扣扭矩合理性的探讨

在圆螺纹油套管的API设计思想框架内 ,讨论了如何确定最佳上扣扭矩。根据API圆螺纹油套管的设计思想 ,最佳上紧是上扣后正好没有外露扣。然而APIRP 5C1给出的最佳上扣扭矩并不完全对应于这一位置 ,API最佳上扣扭矩与实际需要的上扣扭矩至少有± 2 5%的误差范围。为了能够发挥API圆螺纹油套管的最佳使用性能 ,应该根据油套管的实物情况确定对应于最佳上紧位置的实需最佳上扣扭矩。

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。

特殊螺纹油管与套管的上扣扭矩构成与密封性能研究

通过大量上卸扣试验与气密封试验,研究了影响特殊螺纹上扣扭矩构成及其各部分比例与总上扣扭矩比值的因素;研究了上扣扭矩构成对特殊螺纹密封完整性及结构完整性的影响。结果表明:螺纹螺距、锥度、中径、紧密距偏差以及螺纹粘着磨损等因素明显影响上扣扭矩构成及其各部分比例,而较低的台肩扭矩与总上扣扭矩比值将明显降低拉伸载荷下的螺纹密封完整性,以及腐蚀介质存在时的螺纹结构完整性。提出了上扣扭矩构成及其各部分比例与特殊螺纹油套管的制造质量及螺纹连接质量的相关性,提出用上扣扭矩构成及其各部分比例作为评判特殊螺纹完整性的快速有效方法,用上卸扣试验及复合载荷密封性试验的方法确定特殊螺纹的最佳上扣扭矩及其各部分的构成比例。

气密封接头最佳上扣扭矩计算与分析

阐述了一种带金属/金属密封结构的双台肩气密封接头的具体结构,指出其上扣扭矩由主、副台肩面、密封锥面及螺纹4部分的摩擦扭矩构成,由于承载结构的变化,API推荐的上扣扭矩计算公式不再适用于这种气密封接头。本文运用圆锥过盈配合模型与应力应变模型建立了相应的扭矩计算公式,并通过有限元方法验证了该理论计算公式的可靠性。通过理论计算、有限元模拟与全尺寸上扣试验相结合的方法确定了该接头的最佳上扣扭矩,研究结果可为生产厂家及油田确定气密封接头最佳上扣扭矩范围提供参考。

圆螺纹油管上扣扭矩计算方法

上扣扭矩是影响油气井螺纹连接质量的主要影响因素之一。基于FEA建模的简化假设,提出一种新的计算油管上扣扭矩的方法。以N80级套管为例进行有限元分析,利用有限元分析结果和上扣扭矩计算公式求出不同过盈圈数下的上扣扭矩,并与相关标准中给出的上扣扭矩进行对比。结果表明,利用上扣扭矩计算公式所求得的上扣扭矩值与相关标准中规定的数值十分接近。

油管上扣转矩控制的实测分析

在现场监测多口井油管上扣转矩变化的基础上,分析了影响上扣转矩变化的各种因素,提出了用“转矩-位置”双控制的上扣方法和安全上扣的原则;研制了转矩监测仪,用于监测液压管钳上扣转矩和泵压变化.该监测仪可将转矩和泵压信号送入计算机,经过处理得到转矩和泵压变化曲线及其变化极值.

特殊螺纹接头上扣过程仿真分析

在试验和有限元分析的基础上,介绍了特殊螺纹接头上扣扭矩曲线与接头结构的关系,并完成了宝钢BGT2系列196.85×12.7 mm BG140V BGT2套管气密封特殊螺纹接头的上扣过程的模拟。参照ISO13679(2002)标准要求,针对不同的几何尺寸组合分别建立有限元模型,并分析其上扣过程扭矩曲线变化,探讨了不同尺寸参数对扭矩曲线形状的影响;同时利用有限元模型计算了该规格产品的屈服扭矩和上扣过程接触力变化。通过与实物试验的对比,验证了该分析结果的可靠性,从而为产品开发和使用提供指导。

快速上扣螺纹接头的有限元分析及优化设计

快速上扣螺纹接头是一种适用于大口径套管的接箍螺纹连接方式,具有对扣容易、上扣效率高、不错扣的特点,特别适合于海上等恶劣环境作业。根据市场需求,宝钢开发出了自主知识产权的快速上扣螺纹接头。介绍了宝钢快速上扣螺纹接头的优化设计过程,利用有限元方法对齿形角、螺纹中径、锥度、连接强度等进行分析,确定了接头的优化结构。开发的快速上扣螺纹接头产品分别在宝钢实验室和西安管研院完成并通过了全尺寸实物性能试验,13.375 in规格已在油田完成下井试验,证明产品的上扣完整性、密封完整性、结构完整性满足油田使用要求。

特殊螺纹油管接头上扣扭矩有限元分析

API螺纹接头在密封性和连接强度已无法满足当今石油开采的恶劣环境,因而迫使人们去研究更为可靠的特殊螺纹接头,上扣扭矩的大小对特殊螺纹接头的密封性和连接强度的控制至关重要。因此,考虑接头螺旋升角,应用ABAQUS有限元分析软件模拟特殊螺纹接头整个上扣动态过程,考虑在最大、最佳、最小扭矩作用下,分析特殊螺纹油管接头的密封性能。结果表明:3种扭矩下都能有效实现接头的密封作用,最佳上扣扭矩下,接头等效应力比实际上扣增长1.8%,密封面接触压力增长1.9%,台肩处接触压力增长1.5%,特殊螺纹接头接触应力大小适中,可以有效防止因应力过大导致特殊螺纹接头的塑性变形;增大密封面锥度,密封面及台肩接触应力增大,可以显著提高接头密封性能。

上扣扭矩对储气井疲劳性能的影响

采用有限元法对不同载荷工况下的储气井进行应力计算,得到了交变应力幅值的分布云图。通过分析储气井上最大交变应力幅值可能出现的位置,得到了上口扭矩(过盈圈数)对储气井疲劳性能的影响规律。研究认为:外露螺纹槽内或套管与管箍啮合的第一螺纹牙根部易发生疲劳失效;上扣扭矩对疲劳失效出现的位置影响较大,对最大交变应力幅值的变化影响较小;将过盈圈数控制在3圈之内,储气井不易出现疲劳失效现象。

可膨胀套管螺纹连接上扣状态仿真分析

膨胀套管多为直连型螺纹连接,套管螺纹的膨胀性能仿真分析对膨胀管的现场应用具有较大的指导意义,而套管螺纹连接上扣状态的仿真是螺纹连接膨胀性能仿真的前提。文中用螺纹三维实体模型得到轴向与径向过盈量的关系,用过盈量来模拟上扣扭矩,并用此种方法得出了Φ146×8套管API偏梯形锥螺纹(锥度为1∶24)上扣过程中轴向过盈量与径向过盈量的关系为δl/δr=1/17.8,并通过对上扣扭矩的等效处理得出了此种型号螺纹连接的最佳上扣扭矩为2 207.9～2 750.6 N.m.

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。