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

　　關鍵詞：套管接頭; 特殊螺紋; 上扣扭矩; 有限元

　　隨著油氣勘探技術的進一步發(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于管體本身的抗拉強度、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度和密封性能,對上扣扭矩要嚴格控制: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、臺肩上得到合理分配。然而特殊扣石油套管接頭的結構較復雜,不同于標準的API螺紋接頭,因此至今沒有給出統(tǒng)一的上扣扭矩計算公式。在對石油套管接頭進行分析時主要采用全尺寸試驗法[5]和有限元法[6-7],相關的理論分析較少。本文結合厚壁圓筒線彈性理論、二維軸對稱有限元法和API扭矩臺肩上扣扭矩計算方法,建立了石油套管接頭的上扣扭矩計算公式。

　　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,在接頭端部設有錐面對錐面的金屬密封和扭矩臺肩,扭矩臺肩一般采用逆向結構,除了起輔助密封作用外,還起過載保護的作用。連接螺紋采用錐管螺紋,螺紋長度為L0。螺紋主要起連接作用,在設計螺紋牙時主要考慮連接強度。本接頭采用的螺紋結構見圖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于管體的抗拉強度,采用鉤型螺紋牙(螺紋的承載角為負值)。由于承載角過小不易加工,采用-3°承載角;為了改善螺紋牙接觸應力,防止多次上扣發(fā)生黏扣現(xiàn)象,螺紋錐度設置為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,降低螺紋的應力集中。

　　螺紋的導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度為HJ,螺距為P;螺紋的承載面承受密封面和扭矩臺肩的軸向載荷,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)應選取較大的密封面徑向過盈量和扭矩臺肩軸向過盈量,通過有限元分析,密封面的徑向過盈量δm大為0.35 mm,扭矩臺肩軸向過盈量δt大為0.11 mm。

　　3.2螺紋牙徑向過盈量

　　為了保證石油套管接頭的連接性能,保證接頭的結構完整性,需要一定的螺紋牙徑向過盈量,普遍認為螺紋牙徑向過盈扭矩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盈量,本文將該比值控制在18%～22%。

　　螺紋牙徑向過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盈量為0～0.24 mm時,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,隨著螺紋牙徑向過盈量的增加,總上扣扭矩線性增長,螺紋牙徑向過盈扭矩與總上扣扭矩的比值增長較快,說明螺紋牙徑向過盈量對總上扣扭矩有著重要影響,為了使該扭矩比值在18%～22%,螺紋牙徑向過盈量應在0.11～0.14 mm。

　　3.3螺紋脂摩擦因子

　　上扣時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盈量為0.14 mm,密封面的徑向過盈量為0.35 mm,扭矩臺肩軸向過盈量為0.11 mm。圖11示出了螺紋脂摩擦因子0.005～0.05時的總上扣扭矩TD,以及螺紋牙徑向過盈扭矩T1與總上扣扭矩TD的比值的變化情況

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