特殊螺纹接头的研制及评价

发布时间：2020-10-18 06:19

　　 在油气开采中,油套管相互连接在一起形成油、套管柱,而这种连接的最佳方式是螺纹连接。现普遍使用的是API圆螺纹和偏梯螺纹,API圆螺纹其连接效率只有管体的60~80%,同时这种螺纹形式承载面为30°,容易发生跳扣滑脱。偏梯螺纹由完整螺纹和消失螺纹组成,消失螺纹延伸到管体外表面,因而连接部位的壁厚没有减薄,螺纹承载面为3°,不易滑脱,并且接头的连接强度可与管体相同。但是偏梯螺纹按三角形位置上扣,扭矩不可预见。对API螺纹而言,上扣到最大位置,产生足够大的接触压力,必然导致接头的应力水平高,这样容易导致应力腐蚀,而且容易粘扣。同时对API圆螺纹来说,螺纹连接后在齿顶与齿底之间存在一条螺旋状的泄漏通道,对API偏梯形螺纹来说,螺旋形泄漏通道不仅存在于齿顶与齿底之间,而且存在于齿侧与齿侧之间。而钻井新技术的发展,如套管钻井、水平井、多底分支井、大位移井、小井眼钻井等,对整个管柱的要求越来越高,要求螺纹接头具备良好的强度和密封性能。论文主要完成了以下工作:1、调研分析了特殊螺纹接头的应用背景、特殊螺纹结构的基本特性、国内外特殊螺纹技术的发展过程。2、研究了特殊螺纹接头的加工工艺性,制定了特殊螺纹接头的加工工艺,编制了加工程序,研制了特殊螺纹接头加工专用的刀具、量具,并对特殊螺纹接头进行了技术特性评价。3、研制了特殊螺纹接头,应用有限元分析方法和实物试验对其安全可靠性进行了评价。主要应用有限元分析方法对设计的结构进行分析评价,计算了螺纹各参数的配合及过盈,螺纹接头的上扣扭矩及上扣状态下螺纹接头的应力、应变分布规律,螺纹接头在复合载荷下的应力、应变的分布规律。实物试验主要参考ISO13679-2002《石油天然气工业套管和油管接头试验方法》制定了特殊螺纹接头的评价方法及程序,对试制的样品进行了全尺寸评价试验,样品满足各工况的技术指标。4、研究了特殊螺纹接头的运行性,编制了《特殊螺纹接头服务手册》、《特殊螺纹接头现场修复程序》,对后续产品的使用情况进行了现场跟踪服务。
【学位单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE931.2
【部分图文】：

目前通用的、主打的特殊螺纹接头结构如图一，主要包括密封部分、扭矩部分和螺纹部分。特殊螺纹的结构分为三部分，如下图所示，即螺纹部分、部分、扭矩台肩部分。其结构见图 1-1。由于研究方法和实验手段的发展，是有限元技术的应用大大提高了对油套管螺纹接头密封机理、强度机理和磨理的认识，因此，特殊螺纹接头的螺纹齿形、密封及台肩的参数设计出现了新趋势。

体现面接触设计思路的典型接头如 NSCC 接头、NEW VAM，其锥面—锥面密封结构宽度约为 7mm。典型的线接触设计思路接头如 FOX 为球面一曲面密封结构、NK 3SB 为球面一锥面密封结构，其高面压接触宽度约 lmm 左右。现在此两种密封设计思路仍并存。然而面接触的设计思路出现了新的趋势，即由小锥度、长密封面向大锥度、短密封面变化。因为采用小锥度、长锥面密封结构，经有限元分析，在拧接后，公扣管端会产生缩颈现象，导致两锥面的实际接触长度缩短或面压降低，增大过盈量使缩颈现象更严重，接触面压和长度不会发生大的变化，而且，长密封面在大过盈下易粘扣损伤。图 1-2 为密封结构及其接触压力分布示意图，由图可知，大锥度、短锥面密封结构具有较为合理的接触长度和接触压力分布。

第 2 章 特殊螺纹接头的加工工艺研究及技术特性评价特殊螺纹接头相比 API 螺纹接头增加了密封面结构和扭矩台肩，加工程序编制、刀具量具的设计、检验方法都更为复杂，为保证特殊螺纹接头质量，尤其是要保证螺纹加工和检验、螺纹表面处理、接箍拧接三个工序的质量，其中螺纹加工的合格率受多种因素的影响，对其原因进行分析，采取相应措施提高车丝合格率，对于制造厂降低成本具有重要意义。2.1 螺纹加工、检验及加工工艺评价2.1.1 加工设备、刀具和量具特殊螺纹接头的加工采用数控机床，主要包括进口数控机床(图 2-1)和国产数控机床(图 2-2)。
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本文编号：2845924