Progress and future prospects of application technology for tubing and casing

The main failure modes of tubing and casing in current service conditions are represented in this study.The progress of the tubing and casing application technology and the problems that should be focused on during application are introduced,with special attention paid to the reliability of the pipe string design and the connection sealing properties.The necessary work that should be undertaken in future research is also summarized.

螺纹过盈量对特殊螺纹接头性能的影响

运用ABAQUS软件计算了在上扣、上扣+拉伸条件下Φ139.70 mm×9.17 mm规格P110钢级特殊螺纹不同螺纹过盈量对接头性能的影响。模拟结果表明:上扣后,当螺纹过盈量∧0.159 0 mm时,密封面处接触压力变化不大;当螺纹过盈量∧0.238 5 mm时,随着螺纹过盈量的增加,密封面接触压力下降明显。上扣+拉伸条件下,随着螺纹过盈量的增加,密封面接触压力下降,同时接触位置向台肩处移动;当螺纹过盈量∧0.079 5 mm时,拉伸失效断裂在螺纹处;当螺纹过盈量∧0.159 0 mm时,拉伸失效断裂在管体。

油管接头台阶密封面的接触压力及密封性能

锥形油管螺纹接头在拧紧过程中如何保证其密封性能,是目前工程实践中的难点问题之一。以具有台阶密封面结构的锥形油套管接头为研究对象,通过对内外螺纹受力与变形分析和相互啮合时所满足的变形协调方程和位移方程,在弹性范围内建立了能够计算锥形油套管接头拧紧时台阶密封面上接触压力的计算模型。利用粗糙密封表面微观接触分析方法,以某一具体的API锥螺纹接头为例,计算模拟了螺纹拧紧圈数和初始间隙对台阶密封面上接触压力及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。此研究有助于实际应用中合理确定油管接头拧紧圈数,为确保实现良好密封提供理论依据。

API8牙圆螺纹公差与上扣扭矩的试验选择

在对ＡＰＩ标准分析的基础上，通过系统试验，找出了螺距、锥度、中径、接箍不圆度等参数对ＡＰＩ８牙圆螺纹油套管密封性、连接强度及上扣扭矩—圈数相关性的影响，从而提出了内、外螺纹上扣配合的理想螺纹公差范围。

具有台阶密封面油套管接头力学性能有限元分析

以具有台阶密封面结构的锥形油套管接头为研究对象,以美国石油学会(API)圆螺纹套管接头为例,通过有限元分析计算,研究了锥螺纹联接上扣拧紧时,拧紧圈数和密封面初始间隙对密封面上挤压力、螺纹轴向力和轴向累计弹性变形量的影响规律.结果表明:在密封面初始间隙一定的条件下,螺纹接头拧紧圈数增大使密封面上挤压力、螺纹轴向力和轴向累计弹性变形量增大;当拧紧圈数相同时,密封面初始间隙越小,密封面上挤压力、螺纹轴向力和轴向累计弹性变形量越大.

油套管使用技术研究进展及展望

随着石油工业的发展,石油管材的服役条件越来越苛刻,油套管的损坏已成为目前国内外石油开采中一个急需解决的重要问题。因此油田及石油管制造商有必要充分了解油井管的服役环境,开展油套管的使用技术研究。针对目前油套管的服役工况,阐述了油套管的主要失效形式。从管柱设计的可靠性和螺纹连接及密封的可靠性两方面介绍了油套管使用技术的进展及使用过程中应该注意的问题,并对国内企业在油套管使用技术方面需要展开的工作进行了展望。

油套管特殊螺纹接头工厂端上扣对现场端接箍参数及性能的影响

针对油套管特殊螺纹接头工厂端上扣前后出现的现场端接箍参数发生变化这一现象,进行了全尺寸实物试验和有限元分析,并对现场端接箍参数发生显著变化的样管进行了气密封试验。有限元分析显示,工厂端上扣后,现场端接箍应力水平提高,并会发生一定的膨胀,表现为现场端接箍的密封面直径变化远大于螺纹直径变化,且距离现场端越近表现越明显,这与上扣试验测量数据相吻合。气密封试验结果显示,现场端接箍公差发生显著变化的样管仍然可以保证其在复合加载下的气密封性能;已经经过全尺寸实物评价试验的油套管特殊螺纹接头,在上卸扣试验中同样存在工厂端上扣对现场端密封参数造成影响,整个试验过程已经包含了一端上扣对另一端接箍密封参数带来的影响。研究表明,只要接箍在工厂端上扣前螺纹及密封参数公差在规定范围内,在油田现场应允许现场端接箍参数超出规定范围,此结论可为油田用户提供参考。

套管接头台阶密封面的密封性能模拟试验

油套管接头的密封性能是评价螺纹联接性能的一项重要指标,对油气井生产安全与环境将产生重要影响。本文通过对油套管接头拧紧时的受力与摩擦分析,在前期研究成果的基础上,结合有关文献推导出台阶油套管接头上扣时所需的拧紧力矩的计算表达式。搭建了油套管接头密封性能试验装置,针对具有不同密封初始间隙和密封面表面粗糙度的螺纹接头,模拟试验研究了拧紧力矩、气体密封压力、密封初始间隙和密封表面粗糙度等因素对泄漏率的影响规律,获得了相应的变化曲线,并对这些曲线进行了分析。

油套管特殊螺纹设计要素分析

通过对国内外油套管几种特殊螺纹进行对比,对特殊螺纹设计中密封、扭矩台肩、螺纹3大设计要素进行了分析,并对国内特殊螺纹的发展提出了一些注意要点和建议。

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。

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。

直连型套管外台肩缝隙的封堵设计

针对直连型套管连接时内外螺纹的外台肩之间存在间隙,介绍了一种使用密封圈对直连型套管台肩进行封堵的方法,重点设计密封圈的结构参数。采用该设计方法消除了直连型套管的外台肩间隙,防止腐蚀性介质侵入接头内部,并用试验证明了该方法的可行性。