石油套管特殊螺纹接头的密封设计

利用有限元技术和全尺寸试验相结合的方法,研究了石油套管特殊螺纹接头密封设计的方法。给出了设计石油套管特殊螺纹接头时,既能保证其密封性,又不至于发生粘结损坏的条件。最后利用数控机床加工出了这种接头,并进行了全尺寸评价试验,结果显示该接头的密封性能达到了设计目标,表明确定的特殊螺纹密封设计的方法是可行的。     

Predicting connection integrity with consideration of thermo stress

In the conventional gas seal analysis of special threaded joints, the influence of temperature stress caused by the difference between formation temperature and fluid temperature in casing is often neglected. However, the influence mechanism of temperature stress is prerequisite information for accurately predicting the safe operating conditions that prevent a premium connection from being damaged. In this paper, we propose a model that includes these effects to predict the safe operating pressures and temperatures that will prevent seal failure. For the temperature stress, we propose a finite element model of thermal solid coupling. Subsequent stress changes are evaluated by a fully coupled model of thermal solid coupling to analyze the mechanical behavior of the premium connection. We predict the safe operating envelope (SOE) for premium connection failures caused by pressure and temperature perturbations after make-up. Our model predicts that radial pressure is a key factor for connection failure, especially for rapid temperature changes. If the formation temperature is high and the casing fluid temperature is low, the influence of temperature stress will increase under this working condition, resulting in an increase in the probability of failure of premium connections. Compared with conventional premium connection models, the model of thermal solid coupling predicts a smaller SOE when heating the internal casing fluid and a larger envelope when cooling the internal casing fluid. Finally, the heating rate was considered with respect to field applications. The heating rate was also considered, and slower heating/cooling rates can prevent damage to the seal integrity. Finally, the model was applied to explain several laboratory and field experiments and achieved good matches.

     

压力管道快速连接新技术

借助液压油缸的轴向运动在斜面副上产生的径向分力,使得凸台压入管子外壁面内,在凸台与凹陷面内形成足够的密封比压和连接强度,实现管道的快速连接。创建了压力管道快速连接新技术领域内的关键术语,简述了其工艺过程、技术特点、适用温度、规格尺寸和应用领域。定义了压力管道快速连接新技术机理。基于金属材料的硬度理论,建立了管接头的力学模型,通过压力试验论证了压力管道快速连接新技术的密封可靠性和连接强度的安全性。其连接机理对其他机械工程领域内的金属连接,具有启发和借鉴作用,是压力管道连接领域内的创新成果。     

表面粗糙度对油套管特殊螺纹密封面性能的影响

以往对油套管特殊螺纹密封的数值模拟都是在光滑平面的基础上展开的，不能真实反映油管连接时载荷接触状况。运用蒙特卡洛法建立考虑粗糙度的油管密封面接触模型，分析表面粗糙度、接头母扣球面半径、内压载荷对油管密封面性能的影响。结果表明：同一过盈量下，密封面粗糙度越小，平均接触压力越小；母扣球面半径越大，密封面接触长度越长，贴合度越高；随着内压的增加，由于公扣密封接触面上的微凸体与锥面的接触次数逐渐增多，并且在相互接触的情况下，其弹性变形程度逐渐降低，而塑性变形增大，此时因接触长度增大，密封表面具有较好的密封性能。     

特殊螺纹石油套管连接性能力学分析及计算

应用弹性力学、结构力学等经典力学知识,以20in-ZSB螺纹套管为研究对象,对其相关的连接性能进行力学分析及计算,计算内容包括:螺纹连接的自锁性、拧紧力扭矩、拧紧所需的圈数、抗拉强度、抗弯强度、抗内压强度等.计算结果表明:ZSB螺纹套管具有较强的抗挤压、抗拉伸、抗弯曲载荷的性能和装拆效率高等特点.计算方法和力学模型的建立,对今后特殊螺纹石油套管产品设计计算,有一定的参考价值.     

非API套管接头主密封结构气密性能试验分析

非API套管接头主要通过金属对金属的径向过盈主密封结构,保证气井开采时的井筒内气密性。依据7 in．套管接头尺寸选用锥面对锥面径向主密封结构型式加工试件,通过密封面过盈配合尺寸控制密封预紧力,测试不同密封预紧力下的气体泄漏率;分别采用车削、磨削和研磨工艺加工接触面,对比分析不同表面粗糙度对气密性能影响程度;取径向密封接触宽度范围2．5～25 mm,测试相同密封预紧力和气体压力下,不同接触宽度对应的气体泄漏率。试验测试结果表明,较高的初始接触压力是形成金属对金属密封的必要条件,当接触压力接近2倍材料屈服强度后,随气体压力升高泄漏率曲线近似保持水平,径向金属密封产生稳定气密性能;密封面的表面粗糙度不同,其进入稳定密封状态的快慢程度不同,表面光洁度越高、进入速度越快气密性能越好;径向接触宽度在2．5～10 mm范围内,气体泄漏率随接触宽度增加而显著降低,10 mm以后接触宽度对气密性能影响不大。     

板翅式换热器封头许用接管外载荷计算方法及应用

分析了板翅式换热器封头接管外载荷产生的原因和进行许用接管载荷计算的必要性。通过对组合极限接管载荷分量相互关系的分析,提出了接管载荷强度验算简化公式和以壳结构有限元应力分析为基础的许用接管载荷计算方法。以某封头为例,分析了接管载荷对封头强度的影响规律,给出了许用接管载荷计算过程和结果。通过对许用接管载荷计算方法及算例的分析表明,提出的方法是可行的,可有效解决封头接管载荷强度设计问题。     

圆螺纹套管接头应力分布规律研究

根据弹塑性力学理论建立圆螺纹套管接头的计算模型，利用有限元分析和全尺寸实验相结合的方法，详细分析套管接头在使用工况(包括上扣、上扣后加拉伸载荷、上扣后加内压载荷等)下的应力分布规律，指出载荷在各个螺纹牙上分布的不均匀性是制约套管接头性能的主要原因，提出改进接头应力状态、减少应力集中的主要措施。研究结果提高了对套管接头应力水平的认识，对改进套管连接螺纹设计，提高套管接头的连接质量具有一定的参考价值。     

Analysis on collapse strength of casing wear

Carrying capacity of the casing will reduce after the casing is worn, which seriously affects the subsequent well drilling, well completion, oil extraction and well repair. A lot of researches on calculation of casing wear collapse strength have been done, but few of them focus on collapsing failure mechanism, and influencing factors and law of collapse strength. So, significant difference between estimated value and actual value of collapse strength comes into being. By theoretical analysis, numerical simulation and actual test, the collapsing failure mechanism of casing wear as well as the influencing factors and laws of collapse strength are investigated, and the investigation results show that collapse of crescent casing wear belongs to "three hinged" instability. The severely-worn position on the casing is yielded into the plastic zone first then deformed greatly, which causes the plastic instability of the whole structure. The casing wear collapse strength presents changes of exponent, power function and linear trend with the residual casing wall thickness, wear radius and axial load, respectively. When the flexibility is less than 10°/30 m, the borehole bending has less impact on casing collapse strength. Thus, the computation model for the casing wear collapsing strength is established by introducing wear radius coefficient and casing equivalent yield strength, at the same time, the model is tested. The test results show that the relative error for the computation model is less than 5%. The research results provide a basis for design of the casing string strength and evaluation of down-hole safety.     

基于ISO 13679 B系试验载荷的特殊螺纹接头密封性能研究

为评估特殊螺纹接头的密封性能,充分考虑螺纹升角对特殊螺纹接头性能的影响,借助ABAQUS有限元软件建立某特殊螺纹接头的三维有限元模型,仿真分析ISO 13679标准B系载荷包络线加载路径下,该特殊螺纹接头密封面上的Von Mises应力及接触压力分布。结果表明:弯曲载荷对接头应力分布及接触压力分布状态影响较大;特殊螺纹接头密封面上的Von Mises应力及接触压力分布趋势一致,均为在受拉一侧Von Mises应力及接触压力数值较小,受压一侧Von Mises应力及接触压力数值较大;接头受拉一侧密封面上的接触压力随着轴向压缩载荷的增大而减小,特殊螺纹接头可能会发生密封失效。     

全尺寸石油套管冲击滑动复合磨损试验机的研制

介绍了一种新型石油套管磨损试验机的工作原理和检测方法,该试验机能模拟存在钻井液介质润滑条件时钻杆接头外壁与套管内壁之间以恒定加载、脉动加载或冲击加载工况下的套管磨损状况。试验前钻杆接头试件被固定在一个可上下直线运动的滑动平台上,固定不动的套管试件有间隙地套住钻杆接头试件。试验时利用变频调速电机驱动钻杆接头试件旋转,同时由液压伺服系统推动滑动平台下行带动钻杆接头试件外壁挤压套管试件内壁实现恒定或脉动加载,或者由偏心轮机构驱动滑动平台先上行后下落来带动钻杆接头试件对套管内壁进行冲击。在数据采集方面该试验机综合利用多种传感检测技术、数据采集和软件处理方法实现了对试件的线性磨损量、接触载荷、摩擦因数和近摩擦表面温度等摩擦学参数的在线测试。初步试验结果表明可利用该试验机对套管磨损问题进行系统的试验研究,从而为深入研究套管磨损机制提供技术支持。     

扭转刚度测试方法及对构架疲劳强度影响

根据构架在线路运行中的扭曲状态和标准JIS E 4207：2004《铁路车辆-转向架-转向架构架设计通则》中规定的构架扭转刚度测试方法提出改进的刚度测试方法,新的测试方法简单且实用性较强,误差有效地控制在7%之内。构架根据结构设计形式的不同分为管梁型构架及箱梁型构架。利用新的扭转刚度测试方法分别对管梁型构架及箱梁型构架进行扭转刚度测试,同时理论分析两种类型构架扭转刚度不同的原因。利用ANSYS仿真分析软件对两种类型的转向架构架进行仿真分析,得出：构架扭转刚度的大小主要取决于测量的横截面积及横梁的结构形式,管梁型结构构架扭转刚度小于箱梁型结构构架的扭转刚度;在构架受扭转变形影响较大的区域,如横梁与侧梁的连接位置,由于箱梁型构架扭转模态频率较高,其动应力幅值较管梁型构架要小。     

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。     

基于立体光固化3D打印的一体化石膏铸型的高温力学性能研究

机匣是航空发动机的重要承力构件,向大型化、整体化、匣体/管道一体化方向发展,对现有加工技术提出挑战。基于立体光固化3D打印的一体化石膏铸型制备方法,为机匣类轻质合金零件的精密铸造提供新思路。铸造用光固化树脂材料的烧失温度高、发气量大,这对石膏型材料的高温力学性能提出更高要求。因此,在确定石膏型力学性能的关键温度基础上,研究石膏型力学性能随温度的变化规律,探讨膏水比、填料比等对石膏型力学性能的影响机理,发展同化学组分晶须增强石膏型的方法。在此基础上,将石膏铸型500℃高温弯曲强度提高至2 MPa以上,并实现薄壁机匣样品（含有内径3 mm管路）的铸造。     

300MW汽轮发电机转子引水拐脚的疲劳寿命可靠性评估

在大量的转子引水拐脚疲劳强度分布试验基础上，根据引水拐脚的应力分析计算结果，对双水内冷３００ＭＷ组汽发电机组在设计寿命内，二种型式引水拐脚的疲劳损伤进行了计算分析，以其疲劳寿命的可靠度进行了估算，验证了拐脚安全运行的可靠性。为转子引水拐脚的造型，设计，优化及工艺制定提供了理论依据。     

重叠式多套管换热器结构与管头密封设计

多套管换热器具有不易堵塞、拆洗更换内管简单方便等特点,可满足高粘易堵介质换热的使用要求。其内管与管板可拆式非焊接密封连接是影响设备整体密封可靠性的关键。介绍了一种多套管换热器及内管可拆卸的密封结构,其密封采用螺纹球面内管接头加填料函密封形式,在实际应用中得到了满意的密封效果。     

脉冲涡流方法过油管检测套管横向裂缝研究

油井套管横向裂缝是可能导致套管断裂的严重危害性缺陷。通过有限元仿真与实际试验,研究利用脉冲涡流检测技术使用横向探头通过油管检测套管的横向裂缝缺陷的问题。仿真给出不同检测方式的管道涡流分布、磁场分布及其变化,以及接收线圈的电压。从仿真结果可观察出,套管壁涡流最强的区域并非横向探头正对的区域,而是平行于横向探头轴线的区域。横向裂缝平行于横向探头轴线时对涡流场的扰动最大。磁场的分布及其变化规律与涡流场情况类同。据此可解释为何横向探头轴线平行于横向裂缝时检测灵敏度会高于横向探头轴线垂直于横向裂缝时。实际的检测试验结果与仿真结果一致,并且显示了实际检测中横向探头轴线平行于横向裂缝时的检测灵敏度显著高于垂直于裂缝时。     

封隔器胶筒大变形的粘-滑摩擦接触分析

采用罚函数方法，结合橡胶大变形问题的增量分析过程，考虑封隔器胶筒与套管之间的粘-滑摩擦接触问题，研究摩擦因数变化对接触压力的影响规律。给出解决封隔器胶筒摩擦接触问题的数值方法，并在此基础上对胶筒与套管之间的摩擦接触进行有限元分析，分析得到采用大变形非线性粘弹性理论和接触摩擦描述的有限元模型，可以比较准确模拟封隔器在坐封和工作过程中胶筒接触压力和变彤的情况，结果表明，摩擦因数变化对封隔器胶筒的接触压力有着较明显的影响。     

一种民机静力试验平尾加载假件的设计

本文提出了一种民用飞机静力试验平尾加载假件的设计思路。通过机身后段静力试验各种载荷工况的考核,证明了该假件的刚度和强度满足设计的要求,可以为民用飞机机体结构静力试验的假件设计提供参考。     

温度载荷对特殊螺纹油管接头密封性能的影响

为分析高温、高压及轴向力复合作用对特殊螺纹油管接头密封性能的影响,在考虑螺纹升角的情况下采用SolidWorks建立接头三维有限元模型,在有效模拟接头上扣的基础上,分析轴向力与内压共同作用下不同温度对接头密封面和台肩完整性的影响.结果表明:复合载荷作用下,随着温度升高,密封面和台肩Mises应力增大,密封面接触压力减小,台肩接触压力持续增大.复合载荷作用下接头密封面接触良好且未发生塑性变形,同时台肩对接头起到良好的辅助密封作用.