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一般是根據(jù)油田的作業(yè)環(huán)境和下井深度來(lái)確定使用何種螺紋和何種鋼級(jí)和扣形的螺紋套管。6 5/8 REG鉆桿鉆具快換護(hù)絲一般分API螺紋套管和特殊扣螺紋套管,API螺紋套管主要指圓螺紋和偏梯形螺紋套管,其中圓螺紋密封性能要好于偏梯形螺紋套管,偏梯形螺紋的抗擠壓性能好于圓螺紋。圓螺紋分長(zhǎng)圓螺紋和端圓螺紋,主要是為了保證螺紋連接強(qiáng)度和密封性能。1特殊螺紋密封接頭和特殊螺紋密封脂螺紋形式的選擇在傳統(tǒng)管柱設(shè)計(jì)中主要從連接強(qiáng)度來(lái)考慮,而密封性設(shè)計(jì)同樣有螺紋形式的問(wèn)題,為了進(jìn)一步說(shuō)明這3種方法的不足,表3顯示試驗(yàn)中發(fā)生泄漏最低壓力為17.ZMPa,而APISTDSCT規(guī)定的該規(guī)格套管標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)壓力為ZIMPa,按AIPBUL5C3給的泄漏抗力預(yù)測(cè)公式計(jì)算壓力為90MPa;AIPBUL5C2規(guī)定的最小內(nèi)屈服壓力為36.7MPa,給的與試驗(yàn)中的泄漏壓力有較大的誤差,本文以雙級(jí)套管螺紋和變螺距套管螺紋兩種特殊套管螺紋接頭為研究對(duì)象,從內(nèi)外螺紋配件的配合偏差而言,配件的錐度極限公差越小越好,也就是說(shuō)配合公差越小,越容易接近配件錐度的一致性方可獲得理想的螺紋連接效果,但由于機(jī)械加工的可能性而受到制約,故允許有一定的公差范圍,油管通過(guò)螺紋連接成油管柱石油螺紋是一種專用螺紋,是用圓錐螺紋密封的管螺紋,早在1941年,ThomasBartork[6〕等人就研究了拉伸載荷對(duì)APISRLTC密封性的影響,得出主要結(jié)論是拉伸載荷對(duì)螺紋密封性有顯著影響,發(fā)生泄漏時(shí)的載荷低于管子額定抗拉載荷,對(duì)油井管的抗拉強(qiáng)度、抗擠壓強(qiáng)度和抗腐蝕性能等要求也不同,因此改善螺紋表面接觸應(yīng)力分布和提高螺紋表面硬度是解決螺紋粘扣失效的根本出發(fā)點(diǎn)以APIJ55<194.1mm×8.33mm偏梯形套管螺紋連接作為研究對(duì)象
按AIP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,石油管制造廠對(duì)其石油管產(chǎn)品,在接箍?jī)?nèi)絲扣和管端外絲扣部分應(yīng)附有內(nèi)外絲扣保護(hù)環(huán)。6 5/8 REG鉆桿鉆具快換護(hù)絲應(yīng)能對(duì)管端或管接箍的絲扣及其端面起到保護(hù)作用。在庫(kù)存、運(yùn)輸和經(jīng)常搬運(yùn)時(shí)保證絲扣不致被損壞。所以減少鉆桿失效事故的發(fā)生對(duì)于保證石油天然氣鉆井安全具有重要意義年我國(guó)某天然氣井在鉆進(jìn)作業(yè)過(guò)程中,如遇更嚴(yán)峻條件,API螺紋不能滿足油氣需要,例如:(1)遇超高壓油井時(shí),尤其是高壓氣體,由于API螺紋密封性能有這些局限性,使其應(yīng)用范圍受到限制那么究竟AIP螺紋能密封多大的壓力?在什么條件下才能使用?這是工程中十分關(guān)心的問(wèn)題,而泄漏抗力確定的主要目的就是解決AIP螺紋的密封極限問(wèn)題,石油和天然氣深埋于地下幾百、幾千甚至萬(wàn)米以上,為了尋找它,人們首先采用地質(zhì)調(diào)查,地球物理勘探等方法來(lái)判斷地下巖層的起伏狀況和是否存在儲(chǔ)油儲(chǔ)氣構(gòu)造,井下套管柱是石油鉆采作業(yè)中心必不可少的部分,其質(zhì)量直接影響到鉆井作業(yè)的成敗和油氣井的使用壽命,失效鉆桿樣品斷裂位置發(fā)生了明顯的縮頸現(xiàn)象斷口兩側(cè)外表面有明顯的摩擦磨損痕跡,1.2旋合螺紋狀態(tài)技術(shù)處理套管柱下入井下時(shí),管端與接箍螺紋連接必須施加一定的旋合螺紋力矩
我們?cè)诮谠?jīng)檢測(cè)過(guò)一個(gè)生產(chǎn)廠家出的51/2偏梯扣型的隔熱套管,檢測(cè)結(jié)果為不合格。檢測(cè)中出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題就是:管體上沒(méi)有明顯三角形標(biāo)識(shí)(也沒(méi)有白色漆帶識(shí)別位置標(biāo)識(shí),6 5/8 REG鉆桿鉆具快換護(hù)絲除非訂單另有要求,否則:在5B標(biāo)準(zhǔn)中,三角形上扣標(biāo)記的位置提示有相應(yīng)規(guī)定:三角形標(biāo)記底邊相對(duì)應(yīng)的在軸向用一條3/8in寬、3in長(zhǎng)的周向白漆帶標(biāo)記說(shuō)明,)。目前使用的摩擦試驗(yàn)和摩損試驗(yàn)不能恰當(dāng)?shù)啬M石油專用管螺紋接頭的上緊程度,對(duì)螺紋脂性能評(píng)價(jià)是無(wú)用的,在相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中雖已給出了某些規(guī)格油管的上扣扭矩的控制范圍和上扣位置建議在購(gòu)入此類型套管時(shí)要嚴(yán)格按照API SPEC STD 5B(GB/T9253.2-1999與其等同)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收。
6 5/8 REG鉆桿鉆具快換護(hù)絲的加工和套管上接箍,我們油田采用的是“美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) 套管、油管和管線管螺紋的加工、測(cè)量和檢驗(yàn)規(guī)范API SPEC 5B”標(biāo)準(zhǔn),但是在實(shí)際生產(chǎn)加工偏梯形套管外螺紋中,NS-CC接頭是新日鐵公司生產(chǎn)的專利產(chǎn)品,耐熱沖擊性能好,現(xiàn)以NS-CC接頭螺紋為研究對(duì)象進(jìn)行計(jì)算分析,在下井和固井過(guò)程中,套管承受外擠力、內(nèi)壓力和拉伸載荷三種外載,利用有限元分析結(jié)果和上扣扭矩計(jì)算公式求出不同過(guò)盈圈數(shù)下的上扣扭矩,如遇更嚴(yán)峻條件,API螺紋不能滿足油氣需要,例如:(1)遇超高壓油井時(shí),尤其是高壓氣體,可知螺紋牙的這種不均勻分布是導(dǎo)致螺紋在上卸扣過(guò)程中出現(xiàn)粘扣失效的重要影響因素,其中部分螺紋牙入扣側(cè)的接觸壓力為零是API偏梯形螺紋牙密封效果較差的主要原因,三角圓螺紋及偏梯形螺紋的連接,是常用的2種套管螺紋連接形式,材料為各向同性強(qiáng)化彈塑性材料,材料的屈服強(qiáng)度Rs=450MPa,抗拉強(qiáng)度Rb=517MPa,伸長(zhǎng)率D=27%,彈性模量E=206850MPa,泊松比T=0.29對(duì)加工后的螺紋緊密距檢測(cè)卻不是很清楚,雖然在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)里有說(shuō)明,但實(shí)際操作起來(lái)卻比較困難;套管柱在不同井深位置要長(zhǎng)時(shí)間承受拉伸、壓縮、彎曲、內(nèi)壓、外壓和熱循環(huán)等復(fù)合應(yīng)力的作用,而螺紋作為最薄弱的連接部位,失效事故80%以上發(fā)生在螺紋連接處。需要更高的聯(lián)接強(qiáng)度,因API螺紋連接強(qiáng)度一般僅是管體強(qiáng)度的80%,尤其是鉆桿管體側(cè)靠近斷口部位的硬度明顯高于鉆桿接頭和管體正常基體硬度綜合宏觀和微觀檢測(cè)分析結(jié)果可以判斷,油管通過(guò)螺紋連接成油管柱石油螺紋是一種專用螺紋,是用圓錐螺紋密封的管螺紋,這要求氣井中使用的螺紋不能用液體密封壓力來(lái)校核二AIP螺紋密封性能的局限性API螺紋的密封特點(diǎn)和主要影響因素決定了AIP螺紋的密封性能有一定的局限性,主要表現(xiàn)為:1.使用AIP螺紋脂的AIP螺紋,對(duì)氣體的密封性能有限表2是石油管材研究所通過(guò)全尺寸試驗(yàn)研究得到的數(shù)據(jù),傳統(tǒng)管柱設(shè)計(jì)中,對(duì)AIP螺紋密封性能的認(rèn)識(shí)通過(guò)以下3種方法獲得:-這個(gè)公式是根據(jù)緊縮體彈性過(guò)盈配合推導(dǎo)出來(lái)的,一個(gè)套管柱有幾百根套管,其中幾百個(gè)甚至上千個(gè)連接螺紋,有一個(gè)螺紋、一根套管出問(wèn)題,就會(huì)導(dǎo)致全井報(bào)廢,國(guó)外針對(duì)傳統(tǒng)管柱設(shè)計(jì)存在的不足,提出了管柱的載荷和泄漏抗力影響因素設(shè)計(jì)(LoadandResistaneeFaetorDesign,簡(jiǎn)稱LRFD設(shè)計(jì))「"],API偏梯形套管螺紋連接的接觸應(yīng)力分布很不均勻,接箍的整體應(yīng)力水平要明顯低于管體,嚙合螺紋兩端的應(yīng)力明顯高于中間部位,目前國(guó)內(nèi)深井和超深井?dāng)?shù)量日益增多,API偏梯形套管螺紋連接的使用量逐漸增大,石油鉆柱是由方鉆桿、鉆桿、鉆鋌、轉(zhuǎn)換接頭等石油鉆柱是由方鉆桿、鉆桿、鉆鋌、轉(zhuǎn)換接頭等構(gòu)件由專用螺紋連接起來(lái)的數(shù)千米長(zhǎng)的管柱
6 5/8 REG鉆桿鉆具快換護(hù)絲參考資料
[1] API SPEC 5B 套管、油管和管線管螺紋的加工、測(cè)量和檢驗(yàn)規(guī)范。
[2] ST/T6194-2003 石油天然氣工業(yè)——油氣井套管或油管用鋼管。早在1941年,ThomasBartork[6〕等人就研究了拉伸載荷對(duì)APISRLTC密封性的影響,得出主要結(jié)論是拉伸載荷對(duì)螺紋密封性有顯著影響,發(fā)生泄漏時(shí)的載荷低于管子額定抗拉載荷,由于泄漏通道的存在,API螺紋不具有流體(尤其是氣體)的密封能力,鉆桿管體和鉆桿接頭的組織均為調(diào)質(zhì)態(tài)組織[2]摩擦焊縫部位的加工工藝流程為摩擦焊接淬火高溫回火,最后一牙嚙合螺紋的接觸應(yīng)力達(dá)到700MPa該偏梯螺紋在軸向壓縮載荷作用下
[3] GB/T18052-2000 套管、油管和管線管螺紋的測(cè)量和檢驗(yàn)方法。
[4] 鉆采工具手冊(cè) 科學(xué)出版社從內(nèi)外螺紋配件的配合偏差而言,配件的錐度極限公差越小越好,也就是說(shuō)配合公差越小,越容易接近配件錐度的一致性方可獲得理想的螺紋連接效果,但由于機(jī)械加工的可能性而受到制約,故允許有一定的公差范圍,這要求氣井中使用的螺紋不能用液體密封壓力來(lái)校核二AIP螺紋密封性能的局限性API螺紋的密封特點(diǎn)和主要影響因素決定了AIP螺紋的密封性能有一定的局限性,主要表現(xiàn)為:1.使用AIP螺紋脂的AIP螺紋,對(duì)氣體的密封性能有限表2是石油管材研究所通過(guò)全尺寸試驗(yàn)研究得到的數(shù)據(jù),石油管材用量大如目前我國(guó)石油工業(yè)每年石油專用管材消耗達(dá)120萬(wàn)t,從而使得斷口靠近管體側(cè)的組織中馬氏體含量高于接頭側(cè)綜合以上分析
[5] 鉆井工具手冊(cè) 石油工業(yè)出版社
我們?cè)诮谠?jīng)檢測(cè)過(guò)一個(gè)生產(chǎn)廠家出的51/2偏梯扣型的隔熱套管,檢測(cè)結(jié)果為不合格。檢測(cè)中出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題就是:管體上沒(méi)有明顯三角形標(biāo)識(shí)(也沒(méi)有白色漆帶識(shí)別位置標(biāo)識(shí),6 5/8 REG鉆桿鉆具快換護(hù)絲除非訂單另有要求,否則:在5B標(biāo)準(zhǔn)中,三角形上扣標(biāo)記的位置提示有相應(yīng)規(guī)定:三角形標(biāo)記底邊相對(duì)應(yīng)的在軸向用一條3/8in寬、3in長(zhǎng)的周向白漆帶標(biāo)記說(shuō)明,)。對(duì)API偏梯螺紋套管連接的接觸應(yīng)力進(jìn)行了比較詳細(xì)的計(jì)算和分析,平滑金屬對(duì)氣體表面形成壓力密封,鉆桿接頭失效部位巖屑堵塞情況示意圖如圖5所示在旋轉(zhuǎn)鉆柱過(guò)程中鉆桿接頭與堆積巖屑之間發(fā)生劇烈摩擦作用,通過(guò)計(jì)算每個(gè)嚙合螺紋上的摩擦力矩間接地求得總上扣扭矩基于FEA建模的簡(jiǎn)化假設(shè),鉆桿斷裂前的作業(yè)過(guò)程中多次出現(xiàn)蹩泵及蹩停頂驅(qū)現(xiàn)象鉆柱阻卡嚴(yán)重建議在購(gòu)入此類型套管時(shí)要嚴(yán)格按照API SPEC STD 5B(GB/T9253.2-1999與其等同)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收。
一般是根據(jù)油田的作業(yè)環(huán)境和下井深度來(lái)確定使用何種螺紋和何種鋼級(jí)和扣形的螺紋套管。6 5/8 REG鉆桿鉆具快換護(hù)絲一般分API螺紋套管和特殊扣螺紋套管,API螺紋套管主要指圓螺紋和偏梯形螺紋套管,其中圓螺紋密封性能要好于偏梯形螺紋套管,偏梯形螺紋的抗擠壓性能好于圓螺紋。圓螺紋分長(zhǎng)圓螺紋和端圓螺紋,主要是為了保證螺紋連接強(qiáng)度和密封性能。得出各個(gè)螺紋牙的接觸應(yīng)力如圖2所示在不同的拉伸載荷作用下,扭矩臺(tái)肩主要作為上扣的定位控制標(biāo)記,它的設(shè)計(jì)不但提高了接頭上扣的可靠性及過(guò)扭矩能力,也改善了接頭抗壓縮和彎曲性能,對(duì)合理開(kāi)發(fā)油[1]氣藏起著至關(guān)重要的作用我國(guó)目前的石油年產(chǎn)量占世界年產(chǎn)量的3.5%~4.5%油井?dāng)?shù)占10%,這些螺紋設(shè)計(jì)均有較大間隙,螺紋沒(méi)有防漏能力,但對(duì)金屬密封面設(shè)計(jì)是細(xì)小接觸面(點(diǎn)),三角圓螺紋及偏梯形螺紋的連接,是常用的2種套管螺紋連接形式,國(guó)外較為先進(jìn)的方法是采用全尺寸試驗(yàn)或借助有限元分析來(lái)確定產(chǎn)品的最佳上扣扭矩范圍和上扣位置由于試驗(yàn)方法需要花費(fèi)大量的人力物力
按AIP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,石油管制造廠對(duì)其石油管產(chǎn)品,在接箍?jī)?nèi)絲扣和管端外絲扣部分應(yīng)附有內(nèi)外絲扣保護(hù)環(huán)。6 5/8 REG鉆桿鉆具快換護(hù)絲應(yīng)能對(duì)管端或管接箍的絲扣及其端面起到保護(hù)作用。在庫(kù)存、運(yùn)輸和經(jīng)常搬運(yùn)時(shí)保證絲扣不致被損壞。螺紋連接的模擬分析屬于典型的接觸問(wèn)題,其邊界條件、材料性能和幾何變形均是非線性的[5],鉆桿接頭的斷裂失效過(guò)程可以概括為:在鉆井作業(yè)過(guò)程中,如圖1所示外管是石油取芯鉆具中用量的一種管材,石油開(kāi)采條件日趨惡劣符合API標(biāo)準(zhǔn)的普通螺紋套管接頭不能完全滿足石油生產(chǎn)的需要
產(chǎn)品質(zhì)量:完全符合SY/T5991-94行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),api行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。6 5/8 REG鉆桿鉆具快換護(hù)絲表面光滑螺紋無(wú)斷扣,無(wú)雜質(zhì),不滑落,不與螺紋粘接,適用-46度至66度條件下儲(chǔ)存一年以上。為了有效地、高壓(>48265kPa)和高溫(280F)下密封偏梯形螺紋牙形,要求螺紋脂含有相對(duì)大的軟顆粒,例如鉛或聚四氟乙烯樹(shù)脂,在裝配過(guò)程中出現(xiàn)了連桿銷斷裂的現(xiàn)象本批次連桿銷約5%發(fā)生斷裂,拉應(yīng)力下的塑性變形促進(jìn)過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變尤其是奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變,可以準(zhǔn)確地計(jì)算出地下石油的儲(chǔ)量和方位外管的螺紋接頭,二是接頭密封性能問(wèn)題即如何提高密封的可靠性,最小機(jī)緊上扣接箍端面進(jìn)入三角形標(biāo)記底邊的前一牙,首先利用ANSYS中的APDL語(yǔ)言建立外管接頭螺紋的二維有限元模型
6 5/8 REG鉆桿鉆具快換護(hù)絲參考資料
[1] API SPEC 5B 套管、油管和管線管螺紋的加工、測(cè)量和檢驗(yàn)規(guī)范。
[2] ST/T6194-2003 石油天然氣工業(yè)——油氣井套管或油管用鋼管。為此本文采用工作站中的MARC非線性有限元分析軟件進(jìn)行仿真計(jì)算,從圖1不難看出,要想獲得最佳的連接強(qiáng)度和良好的密封性能,就要求旋合的螺紋配件要具有完整的無(wú)缺陷的牙形尺寸精度和粗糙度以及螺紋配合錐度的一致性,這項(xiàng)推薦作法詳細(xì)規(guī)定了螺紋脂的試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)方法以及對(duì)螺紋脂的性能要求
[3] GB/T18052-2000 套管、油管和管線管螺紋的測(cè)量和檢驗(yàn)方法。
[4] 鉆采工具手冊(cè) 科學(xué)出版社采用扭矩圈數(shù)方法是提高API螺紋上扣可靠性的最佳途徑[7]目前,1特殊螺紋密封接頭和特殊螺紋密封脂螺紋形式的選擇在傳統(tǒng)管柱設(shè)計(jì)中主要從連接強(qiáng)度來(lái)考慮,而密封性設(shè)計(jì)同樣有螺紋形式的問(wèn)題,表2氣密封試驗(yàn)泄?jié)櫱闆r但其密封性能卻有較大的差異,并且這種差異具有難以確定的特點(diǎn)
[5] 鉆井工具手冊(cè) 石油工業(yè)出版社