BTC石油套管LTC石油套管STC石油套管抗拉強(qiáng)度和扭矩力扭矩介紹石油套管扭矩，研究了特殊扣石油套管接頭上扣扭矩的構(gòu)成,利用厚壁圓筒理論,推導(dǎo)了特殊扣石油套管接頭上扣扭矩的計(jì)算方法,確定了螺紋牙徑向過(guò)盈量,分析了螺紋脂摩擦因子對(duì)上扣扭矩的影響。結(jié)果表明,在螺紋過(guò)盈量一定的情況下,所用螺紋脂的摩擦因子越大,螺紋牙徑向過(guò)盈扭矩所占總扭矩的比值越大,并逐漸趨于一定值。在進(jìn)行特殊扣接頭加工時(shí),應(yīng)優(yōu)化公差配合,優(yōu)先保證密封結(jié)構(gòu)的加工精度和表面粗糙度,并注重螺紋脂的選擇。利用本文給出的計(jì)算方法,可以較好地估算特殊扣接頭的上扣扭矩。

　　關(guān)鍵詞：套管接頭; 特殊螺紋; 上扣扭矩; 有限元

　　隨著油氣勘探技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,深井、超深井、高腐蝕油氣井的數(shù)量逐漸增多,對(duì)石油套管接頭提出了更高的要求,傳統(tǒng)的API螺紋接頭面臨諸多挑戰(zhàn)[1-2]。與普通的API螺紋接頭相比,特殊扣石油套管接頭具有相當(dāng)于管體本身的抗拉強(qiáng)度、優(yōu)良的密封穩(wěn)定性以及更好的抗腐蝕能力,已被廣泛使用[3-4]。為了保證石油套管接頭的連接強(qiáng)度和密封性能,對(duì)上扣扭矩要嚴(yán)格控制:既要保證總扭矩在合理的范圍內(nèi),又要使扭矩在螺紋、密封面、臺(tái)肩上得到合理分配。然而特殊扣石油套管接頭的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,不同于標(biāo)準(zhǔn)的API螺紋接頭,因此至今沒有給出統(tǒng)一的上扣扭矩計(jì)算公式。在對(duì)石油套管接頭進(jìn)行分析時(shí)主要采用全尺寸試驗(yàn)法[5]和有限元法[6-7],相關(guān)的理論分析較少。本文結(jié)合厚壁圓筒線彈性理論、二維軸對(duì)稱有限元法和API扭矩臺(tái)肩上扣扭矩計(jì)算方法,建立了石油套管接頭的上扣扭矩計(jì)算公式。

　　1套管接頭上扣扭矩分析

　　特殊扣石油套管接頭由接箍和管體兩部分組成,如圖1所示。為了滿足一定的密封性能,在接頭端部設(shè)有錐面對(duì)錐面的金屬密封和扭矩臺(tái)肩,扭矩臺(tái)肩一般采用逆向結(jié)構(gòu),除了起輔助密封作用外,還起過(guò)載保護(hù)的作用。連接螺紋采用錐管螺紋,螺紋長(zhǎng)度為L0。螺紋主要起連接作用,在設(shè)計(jì)螺紋牙時(shí)主要考慮連接強(qiáng)度。本接頭采用的螺紋結(jié)構(gòu)見圖2。為了防止松扣以及跳扣現(xiàn)象[8],使套管接頭能夠承受相當(dāng)于管體的抗拉強(qiáng)度,采用鉤型螺紋牙(螺紋的承載角為負(fù)值)。由于承載角過(guò)小不易加工,采用-3°承載角;為了改善螺紋牙接觸應(yīng)力,防止多次上扣發(fā)生黏扣現(xiàn)象,螺紋錐度設(shè)置為1∶16,中徑線與軸向的夾角為γ;接箍的螺紋牙齒高大于管體螺紋牙齒高,上扣完成后接箍的齒頂與管體的齒底過(guò)盈配合,接箍的齒底和管體的齒頂具有一定間隙,降低螺紋的應(yīng)力集中。

　　螺紋的導(dǎo)向面主要起到引扣的作用,接箍的齒頂和管體的齒底接觸長(zhǎng)度為HJ,螺距為P;螺紋的承載面承受密封面和扭矩臺(tái)肩的軸向載荷,以及工作環(huán)境下管體自重引起的軸向拉力。

　　為了保證接頭的連接完整性和密封完整性,在彈性范圍內(nèi)應(yīng)選取較大的密封面徑向過(guò)盈量和扭矩臺(tái)肩軸向過(guò)盈量,通過(guò)有限元分析,密封面的徑向過(guò)盈量δm大為0.35 mm,扭矩臺(tái)肩軸向過(guò)盈量δt大為0.11 mm。

　　3.2螺紋牙徑向過(guò)盈量

　　為了保證石油套管接頭的連接性能,保證接頭的結(jié)構(gòu)完整性,需要一定的螺紋牙徑向過(guò)盈量,普遍認(rèn)為螺紋牙徑向過(guò)盈扭矩T1占總上扣扭矩TD的20%左右,因此,要合理控制螺紋牙徑向過(guò)盈量,本文將該比值控制在18%～22%。

　　螺紋牙徑向過(guò)盈量主要受上扣圈數(shù)、螺紋錐度、中徑尺寸偏差等因素影響,圖10示出了螺紋牙徑向過(guò)盈量為0～0.24 mm時(shí),總上扣扭矩TD以及T1與TD比值的變化情況。

　　從圖10中可以看出,隨著螺紋牙徑向過(guò)盈量的增加,總上扣扭矩線性增長(zhǎng),螺紋牙徑向過(guò)盈扭矩與總上扣扭矩的比值增長(zhǎng)較快,說(shuō)明螺紋牙徑向過(guò)盈量對(duì)總上扣扭矩有著重要影響,為了使該扭矩比值在18%～22%,螺紋牙徑向過(guò)盈量應(yīng)在0.11～0.14 mm。

　　3.3螺紋脂摩擦因子

　　上扣時(shí)接箍和管體的摩擦因子受加工精度、表面光潔度以及螺紋脂影響,其中接箍和管體摩擦因子主要取決于螺紋脂的摩擦因子u。上扣完成后螺紋牙徑向過(guò)盈量為0.14 mm,密封面的徑向過(guò)盈量為0.35 mm,扭矩臺(tái)肩軸向過(guò)盈量為0.11 mm。圖11示出了螺紋脂摩擦因子0.005～0.05時(shí)的總上扣扭矩TD,以及螺紋牙徑向過(guò)盈扭矩T1與總上扣扭矩TD的比值的變化情況

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