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收稿日期:2010-03-02
基金项目:中国石油应用基础研究项目(2008A-3005)
作者简介:王建东(1972-),男(汉族),陕西西安人,工程师,主要从事管柱力学方面的研究。
摇 摇 文章编号:1673鄄5005(2010)05鄄0126鄄05
特殊螺纹接头密封结构比对分析
王建东
1,2
, 冯耀荣
1,2
, 林摇 凯
1,2
, 秦长毅
1,2
, 宋延鹏
3
(1. 中国石油集团 石油管工程技术研究院,陕西 西安 710065; 2. 石油管环境和力学行为重点实验室,陕西 西安 710065;
3. 上海宝山钢铁公司,上海 200940)
摘要:油套管特殊螺纹密封结构形式是影响密封性能的关键因素之一。 采用有限元分析方法对比两种不同的主密
封结构形式———锥面 / 锥面和弧面 / 锥面在上扣、拉伸、弯曲及内压加拉伸载荷条件下的接触压力、接触长度及沿主
密封面泄漏穿透长度的变化,得到不同型面组合的密封能力随载荷的变化规律。 得出新的密封准则为:密封接触表
面之间的有效接触长度大于 0郾 5 mm,接触压力最大与最小值之差是内压的 5郾 8 倍以上,在有效接触压力及长度范围
内接触表面塑性应变控制在材料屈服点应变范围内,可使密封结构达到抗黏扣和消除密封间隙的目的。 实物试验
结果与数值模拟吻合较好,表明建立的模型正确,采用的方法合理;有限元模拟结果显示拉伸载荷对密封性能的影
响显著高于弯曲载荷的。
关键词:接触压力; 接触长度; 密封结构; 有限元方法; 实物试验
中图分类号:TH 13摇 摇 摇 文献标志码:A摇 摇 摇 doi:10. 3969 / j. issn. 1673鄄5005. 2010. 05. 023
Comparison analysis of premium connection
謖
s seal structure
WANG Jian鄄dong
1,2
, FENG Yao鄄rong
1,2
, LIN Kai
1,2
, QIN Chang鄄yi
1,2
, SONG Yan鄄peng
3
(1. Tubler Goods Research of Center,CNOP, Xi
謖
an 710065, China ;
2. Key Laboratory of Environment and Mechanical Behavior of OCTG, Xi
謖
an 710065, China ;
3. Bao Steel, Shanghai 200940 ,China)
Abstract: The premium connection
謖
s seal structure of the casing is the key factor affecting the performance of sealing. The chan鄄
ges of contact length, contact pressure and penetration length along the primary sealing surface of two different main seal structure
forms (the cone/ cone and arc/ cone) were analyzed by finite element method at make鄄up, tension, bending, internal pressure and
tensile loading. The changing laws of different types of sealing surface with load capacity were given. The new seal principles were
put forward. When the effective contact length of sealing contact surface exceeded 0. 5 mm, the value of contact pressure minimum
subtracted from maximum was 5. 8 times internal pressure, and in range of effective contact pressure and length, contact surface
plastic strain was controlled in the yield point
謖
s scope of strain, anti鄄galling and eliminating seal clearance were made. The test re鄄
sults agree well with the numerical simulation. The results show that the established model was proper and the used method was rea鄄
sonable. The influence of the tensile load on the seal was significantly higher than bending load.
Key words: contact pressure; contact length; seal structure; finite element method; physical test
摇 摇 油套管是油气钻采过程中必不可少的专用管
材,其质量好坏直接影响到钻采作业的成败和油气
井的寿命。 90% 的气井管柱损坏是由于油套管的螺
纹接头密封完整性被破坏
[1鄄3]
,螺纹接头是油套管中
最薄弱的环节,直接影响油气井的寿命。 因此,研究
特殊螺纹接头密封完整性具有重要的现实意义。 密
封完整性是特殊螺纹研究的难点和重点。 特殊螺纹
密封由台肩副密封和管端径向主密封组成,台肩端
受运输过程中和现场操作等环境因素的影响,极易
发生损伤破坏,文献[4] 中规定,在特殊螺纹试验前
应在外螺纹台肩面刻槽,破坏副密封的作用,以保证
井下使用的安全。 影响主密封性能的因素较多,密
2010 年摇 第 34 卷摇 摇 摇 摇 摇 摇 中国石油大学学报(自然科学版) 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 Vol. 34摇 No. 5
摇 第 5 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 Journal of China University of Petroleum摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 Oct. 2010