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。

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。

套管螺纹接头连接性能的接触有限元分析

根据套管螺纹接头的结构和受载特点,基于接触问题的有限元混合法和面向对象的程序设计思想,建立了套管接头螺纹旋合接触的有限元分析模型,编制了相应的有限元分析程序,并以此对3种载荷条件下载荷在各螺牙上的分布进行了分析研究,结果表明,载荷分布的不均匀性对套管螺纹接头的连接性能有重要影响。

一种套管螺纹接头

一种套管螺纹接头，主要解决主密封采用圆锥曲面密封面或其与圆锥曲面密封面相配合在受到轴向拉力时接触压力降低，影响密封性能。本实用新型包括外螺纹件、内螺纹件；外螺纹件端部金属主密封部位有一个圆弧密封面、柱面密封面与内螺纹件端部的圆弧密封面、柱面密封面表面过盈配合形成主密封面结构，外螺纹件端部的扭矩台肩面与内螺纹件端部的扭矩台肩面配合形成辅助密封面结构。

套管接头螺纹滑脱失效有限元模拟

套管螺纹接头必须满足结构完整性，用能考虑螺纹接触边界存在大变形和大滑移条件的有限元程序，对套管螺纹接头滑脱失效影响参数进行了有限元模拟．模拟结果表明：螺纹锥度大小对滑脱影响很小，材料性能对滑脱影响最大；滑脱的开始位置在接箍的端部．模拟结果与实际情况相吻合．

磨损套管螺纹接头密封面力学特性

螺纹接头磨损是影响套管密封完整性的主要原因之一。由于套管螺纹接头结构特征复杂,常规计算模型无法得到解析解,实验研究也较困难,因此针对磨损条件下接头密封面力学特性的研究很少。鉴于此,建立了均匀磨损、偏心筒型磨损和月牙型磨损3种磨损形式的套管螺纹接头三维弹塑性有限元模型,基于ABAQUS软件分析了磨损深度为5 mm时套管螺纹接头在复杂载荷条件下的应力应变特征,研究了上扣扭矩、轴向拉力和弯矩作用下3种磨损形式对套管螺纹接头密封面力学特性的影响。研究结果表明,均匀磨损套管螺纹接头的密封面上存在较大塑性应变,且接触力比其他磨损形式大,密封失效风险较高。偏心筒型和月牙型磨损使得套管螺纹接头密封面接触面积、环形密封带最窄处接触宽度都有所降低,增加了接头局部漏失风险,影响套管螺纹接头的密封可靠性。

基于“软接触”有限元模型的套管特殊螺纹接头载荷包络线仿真分析

为更好地计算石油套管柱接头的力学性能,基于有限元方法中的“软接触”建立套管特殊螺纹接头接触模型,按照《ISO 13679:石油天然气工业套管及油管螺纹连接试验程序》B系试验载荷包络线对JIPΦ177.8×10.36 mm P110套管特殊螺纹接头进行仿真分析。发现接头螺纹段第1牙、第17牙各表面,密封面,台肩面的等效应力、法向接触应力、位移、法向张开位移、切向相对滑移以及切向接触应力分布的历程输出合理,说明在整个B系载荷包络线加载下,螺纹结构完整性与密封性良好;引入软接触模型后,螺纹啮合部位与接头密封部位接触状态较好,摩擦行为对整个接头的接触状态影响不大。结果表明采用“软接触”有限元模型计算套管特殊螺纹接头的接触问题是可行的。

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。

特殊螺纹套管接头柱面/球面密封结构有限元分析

采用ANSYS建立套管接头的轴对称模型,着重分析一种特殊螺纹套管接头柱面/球面密封结构的密封性能,分别对3种工况(机紧、机紧+拉伸、机紧+内压+拉伸)进行求解,获得了密封端接触压力和等效应力的分布规律,对比分析了不同工况下密封端接触压力和等效应力,揭示了拉伸载荷和套管内部压力对结构密封性的影响.结果表明,该柱面/球面密封结构的接触压力和等效应力符合密封要求,为特殊螺纹套管接头的进一步优化设计提供理论指导.

圆螺纹套管接头的抗压缩极限载荷分析

采用非线性有限元方法 ,以API8牙圆螺纹套管接头为研究对象 ,在标准锥度公差条件下 ,模拟套管接头的上扣过程。计算分析上扣过程中内、外螺纹导向面和承载面上的应力分布 ,并对套管接头在压缩工况下的承载极限进行分析。得到套管接头在压缩载荷下的失效形式、失效载荷 ,并提出相应的失效判据。

螺距误差对套管螺纹载荷传递特性的影响

根据套管螺纹接头的结构和受载特点，在先期建立的套管接头螺纹旋合接触的有限元分析模型和分析程序的基础上，研究了因加工误差而造成套管接头内、外螺纹螺距不一致时对其载荷传递特性的影响；给出了在内、外螺纹具有不同的螺距配合时，载荷在套管接头各扣螺纹上的分布规律曲线，为设计时合理选择套管接头内、外螺纹的螺距公差提供了依据．

API偏梯形螺纹接头套管设计解析

通过对API偏梯形螺纹接头牙形、基本参数和抗拉强度设计等进行分析,加深了对偏梯形螺纹接头设计原理的理解。通过对API偏梯形螺纹接头结构尺寸进行分析,搞清了偏梯形螺纹接头螺纹总长L4、完整螺纹长度L7、不完整螺纹长度g、螺纹大端直径D4、螺纹中径E7和管体外径等参数之间的关系。

快速气密套管螺纹有限元分析

本文主要利用有限元方法,对快速气密套管螺纹进行常温下轴向拉伸、压缩、内压循环试验,分析其上扣后的等效应力和密封性能,验证其使用是否具有良好的气密封性能和安全可靠性能。分析结果证明,按照ISO 13679(2002) B系试验对接头进行常温下轴向拉伸、压缩、内压有限元分析,该快速气密套管螺纹具有良好的气密封性能和安全可靠性能。

新疆玛湖地区致密油水平井套管螺纹扣型优选

为了解决新疆玛湖地区致密油水平井下套管作业过程中的套管螺纹接头断裂失效问题,采用有限元数值模拟方法和全尺寸套管实物试验方法,对比分析了下套管作业上提–下放过程中API-LC长圆扣型和TP-G2特殊扣型套管螺纹接头的连接强度和疲劳寿命。数值模拟和试验结果表明,在相同上提拉力或下放压力作用下,TP-G2特殊扣型套管螺纹接头的应力水平明显低于API-LC长圆扣型套管螺纹接头;在相同拉伸–压缩循环交变载荷作用下,TP-G2特殊扣型套管螺纹接头的疲劳寿命约为API-LC长圆扣型套管螺纹接头的6.9倍。研究表明,新疆玛湖地区致密油水平井下套管作业时采用TP-G2特殊扣型套管螺纹接头代替API-LC长圆扣型套管螺纹接头,能够更好地满足现场下套管作业技术需求,提高作业效率。

油套管螺纹端面密封微观接触性能数值模拟

油套管接头在油气田工业中已得到广泛使用,其密封性能对油气井生产安全与环境将产生重要影响。以上扣拧紧时的螺纹接头为研究对象,在弹性范围内构建了锥螺纹接头端部密封面上挤压力的计算方法。利用粗糙密封表面微观接触分析方法,以某一具体的API圆螺纹接头为例数值模拟了拧紧力矩(圈数)、表面粗糙度和初始密封面间隙对端面密封性能的影响规律,获得了相应的变化曲线,并对这些曲线进行了分析。

高频电阻焊套管紧密距影响因素研究

通过残余应力检测、螺纹参数及尺寸检验、上卸扣试验、拉伸至失效试验、外压挤毁试验和跌落试验,对某套管生产企业生产的紧密距超出标准要求的两个批次的套管螺纹接头进行分析研究。结果表明,试验套管除内螺纹紧密距外,其余试验结果均符合标准要求。直缝焊管管体椭圆度及残余应力控制不如无缝管,加工螺纹后的紧密距和椭圆度的均值都比无缝管大。为避免直缝焊管加工的套管螺纹紧密距和椭圆度超出标准要求,建议生产中优化直缝套管的成形工艺,采取措施减小直缝套管外径椭圆度,降低管内残余应力。

进口Ф339.7mm套管在固井过程中脱扣原因分析

对某井进口Ф339.7mm电阻焊(ERW)套管固井事故进行了全面调查研究,通过对磁性定位测井CCL曲线反映的套管柱失效形貌和对井下捞出的套管残片形貌进行分析认为,套管柱在固井过程中发生了脱扣,脱扣位置在第5根套管的工厂连接端。通过对套管的螺纹加工、材料和上扣连接质量等进行分析和对套管柱在固井过程中的受力状态进行计算认为,套管所受载荷远小于其连接强度,排除了过载导致套管脱扣的可能性,认为套管接头是在固井期间首先松动之后才发生脱扣的;套管接头在井下松动的原因是由于套管柱在固井过程中受到了很大的震动载荷;套管接头从工厂上扣端松动脱扣的原因主要与工厂上扣扭矩偏小有关。

套管抗内压强度试验研究

通过进行全尺寸套管水压试验 ,确定了 177.8mm× 12 .6 5mmT140S偏梯形螺纹接头套管 (BCSG)的抗内压极限值。对套管在内压载荷作用下的失效形式和失效机理进行了分析 ;揭示了套管的失效过程和原因。认为这种套管接箍与管体外螺纹接头强度不等 ,其接箍是弱环节。