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。     

特殊螺纹接头结构的分析与加工方法研究

特殊螺纹接头采用全新密封结构和螺纹型式,具有良好的连接强度和密封性能。通过分析典型特殊螺纹接头的结构型式、接头特点及技术要求,研究了特殊螺纹接头数控加工工艺,提出了特殊螺纹接头加工中刀具的选择原则,从加工角度对特殊螺纹接头的设计提出了建议。     

数控车床加工特殊螺纹接头产生颤纹的原因及对策

颤纹是特殊螺纹接头生产加工过程中普遍存在的现象,不仅影响特殊螺纹接头的表面质量,而且会导致特殊螺纹接头的各项性能恶化。本文从车床、刀具的刚性,试样的装夹情况,刀具的设计安装,加工工艺参数及加工方式的选择等几个方面对特殊螺纹接头加工过程中颤纹的产生原因进行了深入分析,并提出了相应的对策,为特殊螺纹接头的生产质量控制提供了一定参考。     

基于ISO 13679的油管特殊螺纹接头密封可靠性分析

基于ISO 13679:2002标准和密封接触能理论,通过对某型特殊螺纹接头进行上卸扣试验和载荷包络线试验及有限元仿真分析,评价该特殊螺纹接头的密封性。在评价过程中特殊螺纹接头未出现断裂、失稳、泄漏等现象,应力过渡均匀,密封性良好。结果表明:试验法与有限元方法的结合,以及基于密封接触能的载荷包络线评判方法是评价特殊螺纹接头密封性的有效方法,为之后特殊螺纹接头的研究、设计、优化及选用打下了基础。     

石油套管特殊螺纹接头密封性能控制方法研究

密封可靠性是石油套管特殊螺纹接头最重要的性能指标之一,该文从结构设计、加工检测以及运输使用三个方面对特殊螺纹接头密封可靠性控制方法进行了详细的归纳总结和具体分析,给出了在选择螺纹结构、金属密封面形式、扭矩台肩设计、生产设备、加工工艺、检测检验方法以及运输和现场使用方面的注意事项和推荐选用的参数。为石油套管特殊螺纹接头生产企业提升产品性能和质量可靠性提供了一定的参考。     

特殊油管扣螺纹参数对接头连接强度影响分析

为了明确特殊油管扣在使用过程中螺纹牙处的应力变化情况,建立了考虑螺旋升角的特殊油管扣的有限元模型,研究了不同的承载面和导向面对接头螺纹的Mises等效应力影响.结果表明,复合载荷作用时,整个螺纹牙部分的等效应力会随承载面角度的增大而先减小后增大,当承载面角度为-4°、-3°和3°时,螺纹处的等效应力较小,且沿螺纹牙分布较为均匀.螺纹部分的等效应力随螺纹牙导向面角度的增大而减小,导向面角度大于20°时,螺纹牙应力大幅减小,导致台肩处应力增大,螺纹牙的连接强度降低;导向面处于10°～25°时,等效应力沿螺纹牙分布均匀,特殊扣螺纹段连接性能较好.研究结果对接头螺纹牙的设计具有一定的参考意义.     

特殊螺纹接头上扣扭矩的确定方法分析

在弹性力学理论的基础上,分析了特殊螺纹接头上扣扭矩的组成,提出了计算应变能力矩的方法,并以一种特殊螺纹接头为例进行了计算。结果表明,计算特殊螺纹接头的上扣扭矩时,如果忽略应变能力矩,将会带来较大误差。另外,还给出了一种计算上扣扭矩的新方法,利用该方法,能够方便地求出储存应变能需要的扭矩,并最终得到总扭矩,对特殊螺纹接头上扣扭矩的确定具有一定的参考价值。     

交变载荷作用下特殊螺纹油管接头连接强度及密封性分析

为使高温高压深井油气开采顺利进行,需保证特殊螺纹接头的连接强度和密封性。以某线密封结构特殊螺纹油管接头为研究对象,建立接头的有限元法模型,简化接头在井下服役过程中所受交变载荷,计算了接头螺纹及密封面上的应力。分析表明,交变拉伸载荷作用下,特殊螺纹油管接头螺纹上的最大等效应力小于材料的屈服强度,具有较高的连接强度;随着交变拉伸载荷周期的增加,特殊螺纹油管接头密封面最大接触应力逐渐下降,可能导致泄漏;随着交变压缩载荷周期的增加,特殊螺纹油管接头密封面上的最大接触应力在初期有所下降,后期基本保持不变,具有较好的密封性能。     

基于ANSYS的特殊螺纹接头结构设计与分析

针对API螺纹接头泄漏等问题,进行了螺纹接头密封机理的研究。建立了螺纹接头密封性能与受力情况、温度载荷变化情况之间的关系;提出了一种双台肩、三锥度的新型特殊螺纹接头的密封形式,利用ANSYS软件对新型特殊螺纹接头分别在两种受力工况和不同温度载荷下进行了分析,得出了特殊螺纹接头各扣牙的接触应力变化曲线、各扣牙齿顶齿根受力变化情况曲线及其抗泄漏能力随温度载荷变化情况曲线。研究结果表明:基于ANSYS的新型特殊螺纹接头受力分布呈"W"型,其值变化范围为150 MPa～350 MPa,未超过材料强度极限,整体受力较为均匀;并且螺纹接头的接触应力变化相对值范围为-25～0,符合防泄漏机理要求。     

特殊螺纹油套管接头完整性评估计算分析

针对特殊螺纹油套管接头的主要结构加工参数进行了接头连接和密封性能的评估计算公式推导,并设计完成了一套特殊螺纹接头油套管完整性评估软件。首先,通过对油套管接头失效形式及机理分析,推导出各失效形式对应的临界载荷计算公式;然后,通过对单个螺纹牙的弹性变形分析,建立整体油套管螺纹接头的力学分析模型,结合变形协调方程推导得到接头螺纹牙承载分布求解公式;最后,通过对比临界载荷与实际承载以及密封面总接触压力与管内气体压力完成接头完整性评估。评估结果表明:在相同载荷作用下,TM型接头套管最易发生剪切破坏失效;密封面总接触压力大于管内压力,密封性能良好。     

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。     

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.

     

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.     

STRENGTH DESIGN OF PREMIUM THREADED CASING CONNECTION

Using premium casing connections instead of API ones is one of the most effective technique to prevent casing failure. The factors contribute to the strength of premium casing connections are studied with FEA and full-scale test. The criterions are presented that ensure the connection's strength higher than the pipe. At the same time, the method is given to decrease the peak stress of the connection so as to improve its anticorruption property. At last, full-scale tests are done to test the strength of the connections designed with the method described, the results show that the connection's strength is higher than the pipe. This indicated that the method described is effective in designing premium casing connection.     

特殊扣套管接头的应力及密封特性分析

以特殊扣螺纹接头为分析对象 ,采用非线性有限元素法 ,分析了套管接头在上扣扭矩、轴向拉伸和内部压力作用下的受力特性。获得了这种特殊扣套管接头密封段、台肩面、螺纹啮合扣面以及管体的应力分布。结果表明 ,采用过盈配合来模拟上扣扭矩的方法具有较好精度。套管接头的薄弱区域在啮合螺纹承载面根部 ,该区域具有显著的应力集中。密封面接触压力随套管内部压力的增大而增大 ,轴向拉力对其影响很小 ,在本文的设计载荷作用下可以保证良好的密封特性     

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。     

孔隙对纤维增强聚合物基复合材料层压板力学性能影响的研究进展

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从理性层面研讨了孔隙率、孔隙形态和孔隙大小等对复合材料结构力学性能的影响;从实验角度阐述了含孔隙复合材料的性能模拟、细观机制模型和有限元模型的研究进展;指出了纤维增强聚合物基复合材料孔隙问题的未来研究方向。     

弹上设备螺纹联接在温度循环载荷下的分析研究

弹上设备螺纹联接结构承受温度循环载荷作用时,由于螺纹紧固件和联接体材料特性不同,会产生交变循环热应力,影响螺纹联接的可靠性。利用有限元方法分析螺纹联接结构在温度循环载荷作用下的力学行为,对不同材料的螺纹紧固件和联接体进行分析,得到应力、接触压力和残余预紧力的变化情况,为工程设计提供了可靠的依据。