油套管特殊螺紋接頭工廠端上扣對現(xiàn)場端接箍參數(shù)及性能的影響

0 前 言

上扣是油套管使用的第一步， 上扣試驗(yàn)對油套管螺紋接頭的開發(fā)和油田的應(yīng)用參考具有重大意義

。 目前， 油套管特殊螺紋接頭在上扣扭矩計(jì)算及分析方面研究較多

， 但是針對特殊螺紋接頭工廠端上扣前后出現(xiàn)的現(xiàn)場端接箍公差發(fā)生變化這一現(xiàn)象的研究鮮見報(bào)道。 油套管螺紋接頭的參數(shù)往往與其性能息息相關(guān)

， 生產(chǎn)廠家會(huì)在設(shè)計(jì)及加工中規(guī)定參數(shù)公差以使接頭性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。 但在油田商檢中往往會(huì)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場端接箍公差超出生產(chǎn)后接箍的公差， 甚至遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)加工公差要求， 該差異造成的原因及其對油套管螺紋接頭密封性能的影響是油田用戶比較關(guān)心的問題。 本研究以某Φ114.3 mm×12.7 mm P110 特殊螺紋接頭為例， 采用小樣本統(tǒng)計(jì)方法在工廠端上扣前后對現(xiàn)場端接箍的螺紋及密封參數(shù)進(jìn)行測量， 并用所得數(shù)據(jù)與有限元分析結(jié)果進(jìn)行對比，最后進(jìn)一步通過實(shí)物試驗(yàn)進(jìn)行了樣品密封性能的檢測， 以期為油田商檢中現(xiàn)場端接箍參數(shù)超差的原因分析及其對接頭性能的影響提供理論及試驗(yàn)依據(jù)， 同時(shí)可為油田用戶提供參考。

在學(xué)習(xí)的持續(xù)過程中把學(xué)到的新知識(shí)存放到記憶中最好的方式是將新知識(shí)和學(xué)生已有的知識(shí)聯(lián)系起來，在一個(gè)背景環(huán)境中完成新知識(shí)從認(rèn)知到記憶的過程，有背景的認(rèn)知比單純的材料型認(rèn)知加工速度快很多，減少了很多碎片類的信息加工任務(wù)。整個(gè)教學(xué)過程的設(shè)計(jì)靈活運(yùn)用背景分析和特征分析來學(xué)習(xí)新知識(shí)點(diǎn)，特征分析由觀察到總結(jié)即由特殊到一般，背景分析由概念到應(yīng)用即由一般到特殊，需要根據(jù)具體的學(xué)習(xí)情境來決定如何設(shè)計(jì)。

小麥銹病是對我國小麥生產(chǎn)安全造成影響的主要嚴(yán)重病害之一，可導(dǎo)致小麥出現(xiàn)10%-60%左右的減產(chǎn)。小麥銹病主要對小麥的葉子、葉鞘以及麥穗部位造成破壞。銹病又可分為葉銹病、及桿銹病。銹病產(chǎn)生的主要原因是條形柄銹菌的感染，此種致病菌具有極強(qiáng)的繁殖能力，對低溫天氣也有著較強(qiáng)的適應(yīng)能力。發(fā)病后，小麥患病初期會(huì)出現(xiàn)黃色橢圓形粉孢以及綠色斑點(diǎn)，隨著小麥生長直至形成黑色橢圓形孢子堆。

1 試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)樣管采用Φ114.3 mm×12.7 mm 規(guī)格的P110 特殊扣螺紋接頭， 按照生產(chǎn)工藝規(guī)范要求加工40 組試樣， 并對試樣的工廠端上扣前后的現(xiàn)場端螺紋直徑及密封直徑進(jìn)行測量， 測量位置如圖1 所示。

表1 為工廠端擰接前后現(xiàn)場端螺紋及密封面直徑公差測量結(jié)果， 從表1 可以看出， 密封面直徑最大增加了0.065 mm， 螺紋直徑最大增加了0.025 mm， 40 組試樣密封面直徑平均增加了0.039 mm， 螺紋直徑平均增加了0.002 mm。

2 討論與分析

2.1 上扣前后現(xiàn)場端螺紋及密封面直徑變化分析

試驗(yàn)結(jié)果顯示， 在等效應(yīng)力達(dá)到管體實(shí)際VME 的95%、 接頭拉伸和壓縮效率相對于管體的100%的條件下， 試驗(yàn)滿足ISO 13679： 2002 CAL ⅣA 系標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的壓力、 密封要求， 接頭未發(fā)生泄漏或結(jié)構(gòu)失效。

圖2 為工廠端上扣后的接頭等效應(yīng)力云圖，可以看出工廠端密封及臺(tái)肩部位應(yīng)力水平較高，另一現(xiàn)場端接箍也呈現(xiàn)一定的應(yīng)力水平， 且密封部位應(yīng)力水平遠(yuǎn)高于螺紋部位。 圖3 為工廠端上扣后的接頭位移云圖， 由圖3 可以看出， 現(xiàn)場端接箍密封面半徑變化為+0.023 mm， 即現(xiàn)場端接箍密封面直徑變化為+0.046 mm， 同樣， 螺紋半徑變化為+0.000 5 mm， 即螺紋直徑顯示變化為+0.001 mm， 這與圖2 顯示的應(yīng)力水平變化相互印證， 這也與表1 實(shí)物試驗(yàn)參數(shù)檢測結(jié)果顯示的變化趨勢一致。 圖4 為工廠端和現(xiàn)場端均上扣后的接頭等效應(yīng)力云圖， 與圖2 所示的工廠端上扣后的接頭等效應(yīng)力云圖相比， 工廠端和現(xiàn)場端均上扣后的接頭的密封及臺(tái)肩部位應(yīng)力水平有所降低， 這是由于接箍一端上扣后降低了另外一端的密封部位過盈量， 從而表現(xiàn)出密封部位的應(yīng)力水平有所降低。

從另一角度上說， 由于該特殊螺紋接頭已經(jīng)過ISO 13679 復(fù)合載荷包絡(luò)線評(píng)價(jià)試驗(yàn)， 實(shí)際上在上卸扣試驗(yàn)中同樣存在工廠端上扣對現(xiàn)場端密封參數(shù)形成影響， 只是ISO 13679 標(biāo)準(zhǔn)中沒有要求該參數(shù)的測量， 整個(gè)試驗(yàn)過程已經(jīng)包含了一端上扣對另一端接箍密封參數(shù)帶來的影響， 因此在油田現(xiàn)場應(yīng)允許現(xiàn)場端接箍參數(shù)超出規(guī)定范圍。

（1） 工廠端上扣后， 由于螺紋和密封部位均為過盈配合， 造成工廠端接箍受力往外膨脹， 導(dǎo)致同一接箍上的另一端（現(xiàn)場端） 參數(shù)也出現(xiàn)一定的變化， 距離越近則影響越顯著。

為了檢測接箍現(xiàn)場端參數(shù)發(fā)生顯著變化試樣的密封性能， 取現(xiàn)場端接箍密封面直徑變化最大的5

試樣 （現(xiàn)場端密封直徑公差+0.08 mm， 密封直徑增大0.065 mm） 進(jìn)行密封試驗(yàn)。 密封試驗(yàn)按照ISO 13679:2002 CAL ⅣA 系標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定施加載荷和壓力 （如圖7 所示）。 表2 為載荷包絡(luò)線A 系試驗(yàn)加載點(diǎn)。

2.2 基于接箍現(xiàn)場端參數(shù)發(fā)生變化試樣的密封性能實(shí)物試驗(yàn)

進(jìn)一步建立模型， 使密封過盈量減小0.046 mm（接箍密封面直徑增大0.046 mm）， 對比該模型與工廠端上扣造成現(xiàn)場端接箍密封面直徑變大0.046 mm的模型密封性能的差異， 即模型本身密封過盈量減少值和工廠端上扣造成現(xiàn)場端密封過盈量減少值相同時(shí)， 兩者理論上的密封性能差異。圖6 為模型本身密封過盈量減少值和工廠端上扣造成現(xiàn)場端密封過盈量減少值均為0.046 mm 時(shí)的密封接觸壓力分布， 通過計(jì)算顯示兩者密封指數(shù)相差10.2%， 這是由于雖然工廠端上扣造成現(xiàn)場端密封面直徑變大0.046 mm， 但是此時(shí)的現(xiàn)場端密封部位受到一定變形導(dǎo)致產(chǎn)生了壓應(yīng)力， 等效于材料得到一定的硬化， 后續(xù)上扣后能使密封接觸壓力得到迅速提升， 而本身密封過盈量減少的模型的密封部位處于自然的無受力狀態(tài)， 兩者的受力狀態(tài)差異造成密封接觸的差異。

從表1 試驗(yàn)參數(shù)測量結(jié)果可以看出， 工廠端上扣后對現(xiàn)場端接箍參數(shù)有一定影響。 不同試樣的現(xiàn)場端接箍參數(shù)變化不同， 這是由于在實(shí)際情況中， 受到工廠端過盈量大小、 材料強(qiáng)度、 接箍外徑大小、 接箍外徑橢圓度、 接箍壁厚大小、 壁厚不均度等參數(shù)的影響， 不同試樣工廠端上扣后現(xiàn)場端接箍參數(shù)變化不一； 但是總體上的變化趨勢是現(xiàn)場端的部位越靠近上扣端 （工廠端）， 則越有變大的趨勢， 表現(xiàn)為密封直徑增大量遠(yuǎn)大于螺紋直徑增大量， 這是由于工廠端上扣后， 螺紋和密封部位均為過盈配合， 造成工廠端接箍受力向外膨脹

， 由于變形傳導(dǎo)， 導(dǎo)致同一接箍上的另一端（現(xiàn)場端） 參數(shù)也出現(xiàn)一定的變化， 距離越近影響越顯著。

“老先生，我已經(jīng)看了核磁共振結(jié)果了，您看這張圖，白色的是椎管，可以看到脊髓和馬尾神經(jīng)都受到了壓迫，基本可以確診為腰椎管狹窄癥了。咱們啊，先保守治療三個(gè)月，看看效果如何，如果效果不佳，就得考慮手術(shù)治療了。當(dāng)然，如果這期間出現(xiàn)了下肢肌肉力量的減退，也是手術(shù)治療的絕對適應(yīng)癥。因?yàn)榧×ο陆狄院笕绻患皶r(shí)手術(shù)，神經(jīng)長時(shí)間受壓迫，肌力恢復(fù)的可能性就比較小了?！?/p>

完成載荷包絡(luò)線A 系試驗(yàn)后， 繼續(xù)進(jìn)行高內(nèi)壓下拉伸至失效試驗(yàn)。 通過封堵管端螺紋夾持端對試樣施加軸向載荷和內(nèi)壓。 表3 為高內(nèi)壓下拉伸至失效試驗(yàn)結(jié)果， 顯示施加151.0 MPa 內(nèi)壓后再施加框架拉伸載荷2 540 kN 時(shí)發(fā)生管體屈服失效， 此時(shí)VME 為管體的124%， 圖8 為高內(nèi)壓下拉伸至失效試驗(yàn)的載荷/壓力時(shí)間歷程曲線。 試驗(yàn)表明， 由于工廠端上扣帶來的現(xiàn)場端接箍密封面直徑變化不影響該特殊螺紋接頭的密封性能。

“這支適馬的魚眼鏡頭能夠提供180°視野，我用它單次曝光拍攝整個(gè)夜空。用它拍攝流星雨非常棒，也可以用來展示光污染。它是佳能卡口的，但我用適馬的MC-11 E卡口轉(zhuǎn)接環(huán)安裝到索尼機(jī)身上?！?/p>

3 結(jié) 論

圖5 為僅工廠端上扣和工廠端+現(xiàn)場端均上扣的密封接觸壓力分布曲線， 顯示出工廠端+現(xiàn)場端均上扣的密封接觸壓力要稍低于僅工廠端上扣， 兩者密封指數(shù) （密封接觸長度對密封接觸壓力的積分） 相差2.3%， 相差較小。

（2） 工廠端+現(xiàn)場端均上扣的密封接觸壓力要稍低于僅工廠端上扣， 兩者密封接觸分布相差較小。

（3） 工廠端上扣造成現(xiàn)場端過盈量減少（接箍密封直徑增加）， 此時(shí)的現(xiàn)場端密封部位受到一定的壓應(yīng)力， 后續(xù)上扣后能使密封接觸壓力得到迅速提升， 而本身密封過盈量減少的模型的密封部位處于自然無外部受力狀態(tài)， 兩者的受力狀態(tài)差異造成密封接觸的差異。

藥害分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：0級(jí)：植株及葉片發(fā)育正常，葉片無任何受害癥狀；1級(jí)：藥害斑或褪綠面積占葉片面積的比例X≤5%；3級(jí)：藥害斑或褪綠面積占葉片面積的比例5%≤X≤10%；5級(jí)：藥害斑或褪綠面積占葉片面積的比例10%≤X≤30%；7級(jí)：藥害斑或褪綠面積占葉片面積的比例30%≤X≤50%；9級(jí)：藥害斑或褪綠面積占葉片面積的比例X＞50%。

（4） 對現(xiàn)場端接箍密封面直徑變大0.065 mm的試樣進(jìn)行ISO 13679： 2002 CAL ⅣA 系密封試驗(yàn)以及極限試驗(yàn)， 表明由工廠端上扣帶來的現(xiàn)場端接箍密封面直徑變化不會(huì)影響該特殊螺紋接頭優(yōu)良的密封性能。

（5） 已經(jīng)經(jīng)過全尺寸實(shí)物評(píng)價(jià)試驗(yàn)的油套管特殊螺紋接頭， 實(shí)際上在上卸扣試驗(yàn)中同樣存在工廠端上扣對現(xiàn)場端密封參數(shù)形成影響， 整個(gè)試驗(yàn)過程已經(jīng)包含了一端上扣對另一端接箍密封參數(shù)帶來的影響， 只要接箍在工廠上扣前螺紋及密封參數(shù)公差在規(guī)定范圍， 在油田現(xiàn)場應(yīng)允許現(xiàn)場端接箍參數(shù)超出規(guī)定范圍。

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