动载作用下特殊螺纹接头密封特性及密封判据研究
发布时间：2021-09-01 20:33
特殊螺纹接头在井下服役时,由于开关井及油管内流体流动,会受到随时间变化的载荷,即动载,在动载作用下,特殊螺纹接头会发生密封失效。对于密封判据的研究也相对较少,因此,本文研究动载作用下特殊螺纹接头密封特性及密封判据。本文通过分析特殊螺纹结构特点及典型密封失效形式,选取锥面-锥面特殊螺纹接头和球面-锥面特殊螺纹接头为研究对象,采用解析法与有限元分析相结合的方法。首先通过理论推导特殊螺纹接头密封面接触压力计算公式;之后建立复合载荷及动载作用下特殊螺纹接头三维有限元分析模型,分析密封面接触压力分布规律,计算密封面平均接触压力与密封面接触长度。最后根据密封面接触压力计算公式和有限元分析结果,应用密封接触能理论,绘制密封判据曲线,只有当密封面平均接触压力与接触长度组合点位于曲线上方时,特殊螺纹接头密封性能良好,依此总结出特殊螺纹接头密封判据。研究结果表明:特殊螺纹接头失效形式主要为密封失效。通过理论推导出的密封面接触压力计算公式可知,密封面锥度以及密封面接触长度。锥度越大,密封面接触长度越长,密封性能越好。通过有限元分析结果可知:在复合载荷作用时,拉伸载荷的作用使得平均接触压力减小,接触长度缩短,...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
常用特殊螺纹接头市场占有率
8图2-2典型特殊螺纹接头密封结构表2-1常用特殊螺纹接头扣型导向面角度/°台肩面角度/°台肩倒角/°密封形式VAMTOP15-3-15锥面-锥面NK3SB45090锥面-球面FOX103-15锥面-球面BGT10-3-15球面-球面（a）VAMTOP扣（b）BGT扣
9（c）FOX扣图2-3典型特殊螺纹接头示意图2.2典型特殊螺纹接头承受的载荷特殊螺纹接头在井下承受载荷形式比较多，主要包括轴向力、内外压、上扣扭矩、弯曲载荷以及动载等。（1）轴向力：轴向力主要包括轴向拉力和轴向压力。油管通过特殊螺纹接头连接，组成油气开采的管柱，由于管柱自重影响，轴向拉力在井口处最大，井底最校由于管柱在下入过程中，油管会产生弯曲，也会产生不均匀的轴向力。（2）内外压：油气管柱在井下时，内压力主要是由地层内气体对管柱产生的压力，也包括在酸化压裂过程中，压裂液对油管柱产生的内压力。当油管管内压力小于特殊螺纹接头密封面接触压力时，接头能够保证密封，当管内压力大于密封面接触压力时，特殊螺纹接头发生泄漏。当油气井井口敞开时，内压力等于管内液柱压力；当井口关闭时，内压力为井口压力与管内液柱压力之和。（3）上扣扭矩：特殊螺纹接头上扣扭矩的大小作为衡量螺纹牙齿过盈配合量的重要指标，若螺纹在上扣过程中，上扣扭矩不足而造成接箍与管体之间不能精确配合，将对螺纹的密封性能造成很大的影响。大量研究结果表明，扭矩的大小直接影响螺纹过盈配合量，因此扭矩是影响螺纹密封效果的主要原因。因此，在特殊螺纹接头上扣过程中，规定了最小上扣扭矩、最佳上扣扭矩和最大上扣扭矩。本文研究依据最大上扣扭矩进行上扣。（4）动载：特殊螺纹接头在实际服役条件下，所受的载荷并不是单一载荷，随着时间的变化，载荷也会随之改变，即动载。特殊螺纹接头在井下服役时，由于流体流动、开关井的影响，使得管柱受到随时间变化的载荷。本文在研究动载时，将动载简化为周期性变化的载荷。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于密封接触强度的水下井口连接器VX钢圈密封特性分析[J]. 曾威,宋红,解欢,魏柳兴,任涛. 润滑与密封. 2019(08)
[2]两种油管气密封螺纹接头性能仿真[J]. 周先军,吴延泽,刁晓勇,崔光宇,尚庆军. 中国石油大学学报(自然科学版). 2018(05)
[3]特殊螺纹接头接触应力计算与分析[J]. 曹梦雨,王尊策,赵海江,李森,卢玉,张冠男. 化工机械. 2018(02)
[4]高温高压高含硫气井生产运行期井筒完整性管理[J]. 张宇,朱庆,何激扬,谢波,余翔,彭杨. 天然气勘探与开发. 2017(02)
[5]基于Kriging模型的特殊螺纹油管和套管接头密封可靠性分析[J]. 刘文红,林凯,冯耀荣,王鹏,谢俊峰,杨向同. 中国石油大学学报(自然科学版). 2016(03)
[6]油套管特殊螺纹球面对锥面密封性能理论分析[J]. 许红林,李天雷,杨斌,施太和,张智. 西南石油大学学报(自然科学版). 2016(05)
[7]非API套管接头完整性评估计算方法[J]. 许志倩,闫相祯,杨秀娟. 工程力学. 2016(02)
[8]高温高压井特殊螺纹接头的选用与评价试验[J]. 王双来,彭娜,刘卜. 钢管. 2016(01)
[9]不同工况下套管偏梯形螺纹连接的温度-应力耦合[J]. 许定江,练章华,邓元洲,林铁军. 石油机械. 2015(12)
[10]气密封接头最佳上扣扭矩计算与分析[J]. 庄泳,高连新,鲁喜宁,陈彪,周勇其,袁鹏斌. 华东理工大学学报(自然科学版). 2015(04)
博士论文
[1]具有台阶密封面的油套管锥螺纹联接力学及密封性能研究[D]. 蔄靖宇.华东理工大学 2016
硕士论文
[1]高温气井温度对套管接头密封及套管附加载荷的影响分析[D]. 王树平.西南石油学院 2005
本文编号：3377644
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
常用特殊螺纹接头市场占有率
8图2-2典型特殊螺纹接头密封结构表2-1常用特殊螺纹接头扣型导向面角度/°台肩面角度/°台肩倒角/°密封形式VAMTOP15-3-15锥面-锥面NK3SB45090锥面-球面FOX103-15锥面-球面BGT10-3-15球面-球面（a）VAMTOP扣（b）BGT扣
9（c）FOX扣图2-3典型特殊螺纹接头示意图2.2典型特殊螺纹接头承受的载荷特殊螺纹接头在井下承受载荷形式比较多，主要包括轴向力、内外压、上扣扭矩、弯曲载荷以及动载等。（1）轴向力：轴向力主要包括轴向拉力和轴向压力。油管通过特殊螺纹接头连接，组成油气开采的管柱，由于管柱自重影响，轴向拉力在井口处最大，井底最校由于管柱在下入过程中，油管会产生弯曲，也会产生不均匀的轴向力。（2）内外压：油气管柱在井下时，内压力主要是由地层内气体对管柱产生的压力，也包括在酸化压裂过程中，压裂液对油管柱产生的内压力。当油管管内压力小于特殊螺纹接头密封面接触压力时，接头能够保证密封，当管内压力大于密封面接触压力时，特殊螺纹接头发生泄漏。当油气井井口敞开时，内压力等于管内液柱压力；当井口关闭时，内压力为井口压力与管内液柱压力之和。（3）上扣扭矩：特殊螺纹接头上扣扭矩的大小作为衡量螺纹牙齿过盈配合量的重要指标，若螺纹在上扣过程中，上扣扭矩不足而造成接箍与管体之间不能精确配合，将对螺纹的密封性能造成很大的影响。大量研究结果表明，扭矩的大小直接影响螺纹过盈配合量，因此扭矩是影响螺纹密封效果的主要原因。因此，在特殊螺纹接头上扣过程中，规定了最小上扣扭矩、最佳上扣扭矩和最大上扣扭矩。本文研究依据最大上扣扭矩进行上扣。（4）动载：特殊螺纹接头在实际服役条件下，所受的载荷并不是单一载荷，随着时间的变化，载荷也会随之改变，即动载。特殊螺纹接头在井下服役时，由于流体流动、开关井的影响，使得管柱受到随时间变化的载荷。本文在研究动载时，将动载简化为周期性变化的载荷。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于密封接触强度的水下井口连接器VX钢圈密封特性分析[J]. 曾威,宋红,解欢,魏柳兴,任涛. 润滑与密封. 2019(08)
[2]两种油管气密封螺纹接头性能仿真[J]. 周先军,吴延泽,刁晓勇,崔光宇,尚庆军. 中国石油大学学报(自然科学版). 2018(05)
[3]特殊螺纹接头接触应力计算与分析[J]. 曹梦雨,王尊策,赵海江,李森,卢玉,张冠男. 化工机械. 2018(02)
[4]高温高压高含硫气井生产运行期井筒完整性管理[J]. 张宇,朱庆,何激扬,谢波,余翔,彭杨. 天然气勘探与开发. 2017(02)
[5]基于Kriging模型的特殊螺纹油管和套管接头密封可靠性分析[J]. 刘文红,林凯,冯耀荣,王鹏,谢俊峰,杨向同. 中国石油大学学报(自然科学版). 2016(03)
[6]油套管特殊螺纹球面对锥面密封性能理论分析[J]. 许红林,李天雷,杨斌,施太和,张智. 西南石油大学学报(自然科学版). 2016(05)
[7]非API套管接头完整性评估计算方法[J]. 许志倩,闫相祯,杨秀娟. 工程力学. 2016(02)
[8]高温高压井特殊螺纹接头的选用与评价试验[J]. 王双来,彭娜,刘卜. 钢管. 2016(01)
[9]不同工况下套管偏梯形螺纹连接的温度-应力耦合[J]. 许定江,练章华,邓元洲,林铁军. 石油机械. 2015(12)
[10]气密封接头最佳上扣扭矩计算与分析[J]. 庄泳,高连新,鲁喜宁,陈彪,周勇其,袁鹏斌. 华东理工大学学报(自然科学版). 2015(04)
博士论文
[1]具有台阶密封面的油套管锥螺纹联接力学及密封性能研究[D]. 蔄靖宇.华东理工大学 2016
硕士论文
[1]高温气井温度对套管接头密封及套管附加载荷的影响分析[D]. 王树平.西南石油学院 2005
本文编号：3377644
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