球面对锥面特殊螺纹气密封性能影响因素分析

doi:10.11885/j.issn.1674-5086.2016.07.25.04

西南石油大学学报(自然科学版) ›› 2017, Vol. 39 ›› Issue (6): 162-166.DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2016.07.25.04

球面对锥面特殊螺纹气密封性能影响因素分析

许红林¹, 杨斌¹, 施太和², 张智²

1. 重庆科技学院石油与天然气工程学院, 重庆沙坪坝 401331;
2. "油气藏地质及开发工程"国家重点实验室·西南石油大学, 四川成地质及开发工程, 四川成都 610500

收稿日期:2016-07-25 出版日期:2017-12-01 发布日期:2017-12-01
通讯作者: 许红林,E-mail:xuhlaca1986_jy@163.com
作者简介:许红林,1986年生,男,汉族,四川仪陇人,讲师,博士,主要从事石油工程和海洋油气工程专业方面的教学与科研工作。E-mail:xuhlaca1986_jy@163.com;杨斌,1979年生,男,汉族,河南南阳人,副教授,博士,主要从事油气井管柱力学、钻井新技术及油气井工程数值仿真等方面的研究工作。E-mail:xjyangbin1998@163.com;施太和,1938年生,男,汉族,贵州安顺人,教授,博士生导师,主要从事油气井工程方向应用基础和工程技术研究。E-mail:taiheshi@126.com;张智,1976年生,男,汉族,四川南充人,教授,博士生导师,主要从事油气井建井工程与安全教学与研究工作。E-mail:wisezh@126.com
基金资助:
国家自然科学基金（51404048，51244007）；重庆市科委基础与前沿研究计划项目（CSTC2014JCYJA90007）；重庆市教育委员会科学技术研究（KJ1713321）；重庆科技学院校内科研基金（CK2016B13）

Analysis of Factors Influencing Hermetic Seal Performance with a Spherical-conical Surface and Special Screw Threads

XU Honglin¹, YANG Bin¹, SHI Taihe², ZHANG Zhi²

1. School of Petroleum and Natural Gas Engineering, Chongqing University of Science & Technology, Shapingba, Chongqing 401331, China;
2. State Key Laboratory of Oil & Gas Reservoirs Geology and Exploitation, Southwest Petroleum University, Chengdu, Sichuan 610500, China

Received:2016-07-25 Online:2017-12-01 Published:2017-12-01

摘要/Abstract

摘要： 针对油套管特殊螺纹球面对锥面密封结构，基于Hertz接触力学理论和密封接触能机理，建立了考虑密封面作用扭矩的特殊螺纹气密封压力计算理论模型，研究了球面半径、锥面锥度和密封面作用扭矩对螺纹气密封性能的影响规律，结果表明：随着球面半径增大，螺纹气密封压力呈幂指数规律降低；随锥面锥度增大，螺纹气密封压力逐渐降低，但降幅较小；随密封面附加上扣扭矩增加，螺纹气密封压力呈抛物线型增大。总体来看，球面半径和密封面附加上扣扭矩对特殊螺纹气密封性能影响显著。建议一方面优化球面半径，另一方面合理控制密封面作用扭矩，使得密封接触应力分布既能满足足够的气密封能力，又能保证密封面不发生屈服。

关键词: 油套管, 特殊螺纹, 球面密封, 气密封压力, 影响因素

Abstract: A theoretical model for calculating the hermetic seal pressure of special screw threads subjected to an applied torque from a spherical-conical sealing surface is established. The influence of the spherical radius, cone and taper, and applied torque of the sealing face are studied. According to the results, the hermetic seal pressure of the screw threads declines according to a power law with increasing spherical radius; the hermetic seal pressure declines gradually with an increase in the cone and taper; and the hermetic seal pressure increases parabolically with increase in the make-up torque added to the sealing surface. Generally, the spherical radius and make-up torque added to the sealing surface have a significant impact on the hermetic seal performance of the special screw threads. It is suggested to optimize the spherical radius while properly controlling the applied torque such that the stress distribution of the sealed contacts can simultaneously satisfy the hermetic seal performance and stop the yielding of the sealing surface.

Key words: oil casing, special screw threads, spherical seal, hermetic seal pressure, influence factors

中图分类号:

TE38

许红林, 杨斌, 施太和, 张智. 球面对锥面特殊螺纹气密封性能影响因素分析[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2017, 39(6): 162-166.

XU Honglin, YANG Bin, SHI Taihe, ZHANG Zhi. Analysis of Factors Influencing Hermetic Seal Performance with a Spherical-conical Surface and Special Screw Threads[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2017, 39(6): 162-166.

0
/ / 推荐

导出引用管理器 EndNote|Ris|BibTeX

链接本文: http://journal15.magtechjournal.com/Jwk_xnzk/CN/10.11885/j.issn.1674-5086.2016.07.25.04

http://journal15.magtechjournal.com/Jwk_xnzk/CN/Y2017/V39/I6/162

参考文献

[1] CARCAGNO G E. The design of tubing and casing premium connections for hthp wells[C]. SPE 97584, 2005. doi:10.2118/97584-MS
[2] BRADLEY A B, NAGASAKU S, Verger E. Premium connection design, testing, and installation for hpht sour wells[C]. SPE 97585, 2005. doi:10.2118/97585-MS
[3] SUGINO M, NAKAMURA K, YAMAGUCHI S, et al. Development of an innovative high-performance premium threaded connection for OCTG[C]. SPE 20734, 2010. doi:10.4043/20734-MS
[4] International Organization for Standardization(ISO). Petroleum and natural gas industries-procedures for testing casing and tubing connections[S]. ISO 13679:2002(E), 2002.
[5] 王新虎,申照熙,王建东,等. 特殊螺纹油管与套管的上扣扭矩构成与密封性能研究[J]. 石油矿场机械,2010,39(12):45-50. doi:10.3969/j.issn.10013482.2010.12.014 WANG Xinhu, SHEN Zhaoxi, WANG Jiandong, et al. Study on the makeup torque constitutes and seal integrity of tubing and casing premium connection[J]. Oil Field Equipment, 2010, 39(12):45-50. doi:10.3969/j.issn.1001-3482.2010.12.014
[6] MURTAGIAN G R, FANELLI V, VILLASANTE J A, et al. Sealability of stationary metal-to metal seal[J]. Journal of Tribology, 2004, 126(3):591-596. doi:10.1115/1.1715103
[7] 许志倩,闫相祯,杨秀娟,等. 非API套管接头主密封结构气密性能试验分析[J]. 压力容器,2014,4:7-12. doi:10.3969/j.issn.1001-4837.2014.04.002 XU Zhiqian, YAN Xiangzhen, YANG Xiujuan, et al. Analysis of gas sealing performance test for non-api casing connection with radial cone sealing structure[J]. Pressure Vessel Technology, 2014, 4:7-12. doi:10.3969/j.issn.10014837.2014.04.002
[8] TAKANO J, YAMAGUCHI M, KUNISHIGE H. Development of premium connection "KSBEAR"for withstanding high compression, high external pressure, and severe bending[R]. Kawasaki steel technical report No. 47, 2002.
[9] 杨智春,李斌,史交齐. 特殊扣套管接头的应力及密封特性分析[J]. 机械科学与技术,2004,23(7):771-776. doi:10.3321/j.issn:1003-8728.2004.07.005 YANG Zhichun, LI Bin, SHI Jiaoqi. Stress and sealing property analysis of premium threaded connection[J]. Mechanical Science and Technology, 2004, 23(7):771-776. doi:10.3321/j.issn:1003-8728.2004.07.005
[10] XIE J, TAO G. Analysis of casing connections subjected to thermal cycle loading[C]. 2010 Simulia Customer Conference, 2010.
[11] XIE J. Numerical evaluation of tubular connections for HPHT applicants[C]. Baosteel BAC, 2013:F6-F14.
[12] 许志倩,闫相祯,杨秀娟,等. 微观泄漏机理在非API套管接头密封性能评估中的应用[J]. 石油学报,2014, 35(5):963-971. doi:10.7623/syxb201405018 XU Zhiqian, YAN Xiangzhen, YANG Xiujuan, et al. Aplication of micro-leakage mechanism for evaluating the sealing performance of non-API casing connections[J]. Acta Petrolei Sinica, 2014, 35(5):963-971. doi:10.7623/syxb201405018
[13] 许志倩,闫相祯,杨秀娟. 非API套管接头完整性评估计算方法[J]. 工程力学,2016,33(2):188-199. XU Zhiqian, YAN Xiangzhen, YANG Xiujuan. Integrity evaluation method for non-api casing connections[J]. Engineering Mechanics, 2016, 33(2):188-199.
[14] 许红林,李天雷,杨斌,等. 油套管特殊螺纹球面对锥面密封性能理论分析[J]. 西南石油大学学报(自然科学版),2016,38(5):1-8. doi:10.11885/j.issn.16745086.2014.07.28.01 XU Honglin, LI Tianlei, YANG Bin, et al. Theoretical analysis on sphere to cone sealing performance for tubing and casing premium connection[J]. Journal of Southwest Petroleum University(Science & Technology Edition), 2016, 38(5):1-8. doi:10.11885/j.issn.16745086.2014.07.28.01
[15] 许红林. 油套管特殊螺纹连接强度和密封理论研究[D]. 成都:西南石油大学, 2015.
[16] 许红林,施太和,张智. 油套管特殊螺纹接头上扣扭矩理论分析[J]. 西南石油大学学报(自然科学版),2014,36(5):160-168. doi:10.11885/j.issn.16745086.2014.04.30.03 XU Honglin, SHI Taihe, ZHANG Zhi.Theoretical analysis on makeup torque in tubing and casing premium threaded connections[J]. Journal of Southwest Petroleum University(Science & Technology Edition), 2014, 36(5):160-168. doi:10.11885/j.issn.1674-5086.2014.04.30.03
[17] American Petroleum Institute(API). Specification for threading, gauging, and thread inspection of casing, tubing, and line pipe Threads[S]. API Spec 5B:15(E), 2008.

球面对锥面特殊螺纹气密封性能影响因素分析

Analysis of Factors Influencing Hermetic Seal Performance with a Spherical-conical Surface and Special Screw Threads

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	周明, 廖茂, 韩宏昌, 肖阳, 李辰. 页岩气低伤害超临界CO₂凝胶压裂液研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2019, 41(6): 100-105.
[2]	白慧, 田敏, 冯敏, 刘鹏程, 王海涛. 低渗气藏多级压裂水平井产能模型及影响因素[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2019, 41(3): 113-120.
[3]	丁江辉, 张金川, 杨超, 霍志鹏, 郎岳. 页岩有机孔成因演化及影响因素探讨[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2019, 41(2): 33-44.
[4]	罗东红, 朱旭, 戴宗, 程佳, 宁玉萍. 强底水礁灰岩油藏水驱采收率表征模型[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2018, 40(5): 105-112.
[5]	崔玉峰, 王贵文, 孙艳慧, 王迪, 李瑞杰. 低孔低渗储层物性下限确定方法及其适用性[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2016, 38(6): 35-48.
[6]	黄秋伟, 简璐, 李国亮, 杜宗和, 王煦. 油套管钢在氯化钙溶液中腐蚀及缓蚀性能研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2016, 38(6): 158-163.
[7]	许红林, 李天雷, 杨斌, 施太和, 张智. 油套管特殊螺纹球面对锥面密封性能理论分析[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2016, 38(5): 179-184.
[8]	李洪建1，王闰1 *，杜清珍2，谢刚2，张培伦3. NR 油田油井井筒腐蚀影响因素实验研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2016, 38(1): 146-151.
[9]	胡伟1 *，杨胜来1，李斯鸣2，王智林1，李滢1. 基于多层次模糊综合评价的剩余油分布研究方法[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2015, 37(4): 22-28.
[10]	许红林，施太和，张智. 油套管特殊螺纹接头上扣扭矩理论分析[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2014, 36(5): 160-168.
[11]	李兆敏，王鹏，李松岩，孙乾，李杨. 纳米颗粒提高二氧化碳泡沫稳定性的研究进展[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2014, 36(4): 155-161.
[12]	李洪建1，孟雪1，李然1，唐鑫2，王德玉2. 影响硫酸钡阻垢效果因素实验研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2014, 36(1): 139-144.
[13]	姜凤光1，2，王小林1. 采油速度影响因素及理论值研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2013, 35(6): 104-108.
[14]	徐慧1，林承焰1，孙彬2，宋新利3，曲丽丽1. 低渗透油藏分层动用状况判别方法[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2013, 35(4): 95-100.
[15]	祝金利1，李俊键2，周元龙3，秦杰4，桑国强2. 基于代理模型的复杂结构井热采产能评价方法[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2013, 35(3): 124-130.