油气井特殊螺纹接头连接安全性研究

针对油气井中API螺纹和常规特殊螺纹接头连接性能较差的问题,提出了1种新型特殊螺纹接头结构,采用有限元法,分析了该螺纹接头在上扣、拉伸、压缩、拉伸+内压、拉伸+内外压等5种工况下螺纹位移、接头接触应力和Mises应力的分布规律,研究了螺纹接头在极限载荷下的连接安全性,并通过全尺寸试验验证了有限元结果的正确性。分析和试验结果表明:在5种工况下,螺纹首尾3扣应力很大,中间段螺纹的应力分布较均匀,螺纹两端存在明显的应力集中;螺纹径向位移和轴向位移随拉伸、压缩、外压载荷的增加而增大,随内压载荷的增大而减小;极限载荷下,管体屈服而接头并未发生滑脱及泄漏现象;该螺纹接头连接强度、密封性能和抗粘扣能力达到了使用要求。     

储气井螺纹连接安全性有限元模拟分析及实验研究

储气井是一种新型压力容器,其螺纹连接的安全性目前既没有经过充分的研究论证,也没有经过实践的充分检验.通过实验和有限元模拟方法,对储气井螺纹连接的安全性进行了分析研究,得出了以下结论:(1)储气井模拟构件在极限内压实验过程中,在管体发生强度失效前,螺纹连接接头部位先发生泄漏失效,表明螺纹连接接头是储气井的薄弱环节;(2)储气井在极限内压条件下的破坏模式为“漏而不破”,这一特性有益于保障储气井的安全;(3)螺纹沟槽对于井管管体而言是一种“损伤”,但其并没有增高螺纹连接接头部位的结构应力,原因是因为接箍起到了加强作用;(4)螺纹连接接头部位螺纹牙底存在应力集中,可能会导致疲劳失效,建议设计时予以重点考虑,内压疲劳实验结果显示螺纹连接接头的抗疲劳性能满足储气井一般工况要求.     

水下连接器试压帽结构动态仿真及密封性分析

为解决水下连接器现有力学模型过于简化，预紧力加载不够合理，密封性能分析结果不够准确的问题，基于ABAQUS有限元模拟提出了新的动态接触分析方法，针对水下连接器试压帽双头螺柱结构，探究了安装和试压工况中该结构形式的密封特性及其与等效拧紧力矩的非线性关联。研究结果表明:在塑性失效设计准则范围内，2种工况下密封环的Mises值最大为399.4 MPa；安装工况下，随预紧力的增加，密封环上、下锥面最大接触应力先增大后略微减小；1 145 Nm螺栓拧紧力矩可完成安装工况，并能在试压工况中保证各部件不被弹开；试压工况下，随试验内压的增加，密封环上锥面最大应力缓慢增加，下锥面最大接触应力几乎不变，最终2值近似相等约为850 MPa，密封宽度合理。     

垫片密封结构中螺栓强度的模糊可靠性设计

考虑垫片性能、螺栓静强度和介质压力的不确定性,基于信息熵理论和先漏后爆的观点,建立以垫片密封可靠度和密封连接结构静强度可靠度为设计准则的模糊可靠性设计方法,在所要求的可靠度下设计出合理的密封连接结构,垫片密封安全可靠。     

危化品罐车自封堵式安全截断阀设计与分析

为解决危化品罐车的储罐阀门管线等关键部件易损坏造成危化品泄漏的问题，基于系统本质安全原理设计1种内置自封堵式安全截断阀并对其关键部件强度进行校核计算，建立实现阀芯阀座有效密封的三维实体模型并完成有限元分析。结果表明:在阀座密封面与球形阀芯接触处出现最大应力，阀座承受的最大应力小于材料的最大屈服应力，内置自封堵式安全截断阀具有较高的可靠性，可为危化品储运相关安全装置设计提供理论参考。     

缠绕垫片匹配凹凸面法兰接头密封泄漏的讨论

以一台U型管式a型换热器在进行壳程水压试验时管板与壳体法兰凹面间缠绕垫片被压出泄漏为事例,针对选择低公称压力等级的缠绕垫片用在高设计压力的凹凸面法兰接头密封的影响因素,从垫片最小宽度、法兰凹凸密封面尺寸偏差、垫片与法兰装配以及缠绕垫片特性等方面进行了分析,提出了在设计计算法兰时应考虑垫片最小宽度的合理确定并修订完善相关标准的建议。     

基于CFD的注采管柱接头修复胶液渗流规律研究*

为探讨注胶方法修复井下注采管柱螺纹接头缝隙的可行性,采用计算流体动力学欧拉-欧拉多相流方法构建胶液在注采管柱接头缝隙内的渗流流动数值仿真模型,模拟注胶压力驱动下修复胶液在管柱接头螺纹缝隙内的渗流过程,通过多工况条件下胶液在螺纹缝隙内的渗流数值模拟,研究注胶压力、胶液密度和螺纹失效缝隙对胶液渗流过程的影响。结果表明:基于欧拉-欧拉多相流的数值模型可有效预测胶液在管柱接头缝隙内的流动;胶液在狭缝内的渗流深度与注胶压力呈正比;胶液渗流深度与胶液密度呈反比;胶液渗流深度与螺纹缝隙尺寸呈正比。     

基于三维模型的螺杆钻具传动轴螺纹强度评价研究

为了研究螺杆钻具传动轴在三维井眼轨迹空间中的受力状态,根据螺纹连接的有限元控制方程,建立1种带螺旋升角的直扣螺纹力学模型,采用有限元方法对其进行计算,研究相应工况下连接螺纹的强度,结果表明:分别在压缩、扭转、弯扭组合载荷作用下,公扣螺纹端整体受到的应力比母扣螺纹要大3~4倍;压缩载荷也是连接螺纹粘扣的重要原因;传动轴接头受到弯扭组合作用的影响最大,其次为扭矩载荷,影响最小的是压缩载荷;长期在弯扭载荷作用下工作,会导致螺纹接头发生屈服破坏。以上结论有助于对传动轴的力学强度进行定性和定量判断,为进一步研究传动轴连接螺纹的受力提供了1种新的认识。     

长管拖车气瓶螺纹及使用问题与维修

<正>目前世界上生产长管拖车用气瓶的制造商主要有,美国的CP Industries.Hoding.Inc(简称CPI),已被印度EKC收购。意大利的TenarisDalmine(简称Dalmine);韩国的NK.CO.Ltd(简称NK).以及中国的石家庄安瑞科气体机械有限公司(简称安瑞科)和邯郸新兴重型机械有限公司(邯郸重机)五家企业。这五家企业生产的气瓶其瓶口螺纹尺寸不尽一样。有按GB/T 7307—2001(ISO228.1:1994)《55。非密封管螺纹》标准制造的G螺纹结构;有按美国ASME B1.1—2003《统一英制螺纹标准》制造的UN螺纹结构。1气瓶螺纹的作用,尺寸与端塞结构1.1气瓶螺纹的作用长管拖车气瓶瓶口螺纹分为内螺纹和外螺纹,内螺纹是用来上端塞密封瓶口使用,承受气瓶内     

炼化装置法兰接头泄漏风险的源头控制

泄漏风险控制是炼油化工等工业面临的科学永续发展中HSE的重要课题,解决这一问题要从过程设备的设计做起。依据工程实例和规程标准从法兰接头设计的三要素切入,通过对热媒蒸发器的管箱法兰与壳体法兰所夹持的管板连接密封面泄漏进行分析讨论,给出了蒸发器法兰接头的设计改进方案,建议炼化装置中法兰接头泄漏风险的控制应注重法兰结构与垫片及紧固件的合理匹配:对于苛刻工况的法兰接头设计,应优先选用标准长颈对焊法兰和已有成功应用经验的标准垫片,合理选择紧固件并在设计文件中给出螺栓的设计载荷及拧紧技术要求,以指导用户安全使用。     

防喷盒聚氨酯胶筒密封性能及其主控因素分析*

为使连续管防喷盒密封胶筒满足深井、高压气井等工况的密封需求,基于有限元方法建立胶筒密封模型,以胶筒密封面上的有效接触应力作为密封性能的评估指标,研究胶筒的结构、材料和工况等参数对防喷盒胶筒密封性能的影响,明确防喷盒胶筒密封性能的主控因素。结果表明:井筒介质压力、胶筒硬度、胶筒与连续管的间隙和摩擦系数是影响胶筒密封性能的主要因素,且井筒介质压力增大,防喷盒胶筒的密封性能增强,当胶筒硬度为75,85 HA、间隙为1.5 mm、摩擦系数为0.1时,胶筒的密封效果更好。连续管的运动方向对胶筒的密封性能有影响,连续管的运动速度对胶筒的密封性能基本无影响。     

基于磁记忆检测方法的连续油管刻伤试验研究

随着连续油管的大规模投入使用,油管损伤引起的安全事故与日俱增。为了及时对油管使用过程中产生的缺陷进行检测、识别及定位,基于磁记忆检测方法,对连续油管进行管壁刻伤试验,结合workbench有限元方法模拟刻伤处的应力分布,对比分析不同刻伤类型产生的典型信号特征及信号特征值变化趋势。结果表明:刻伤部位的磁记忆信号曲线与应力分布曲线的特征及峰值变化趋势一致,随着刻伤宽度的增加,磁记忆信号曲线及应力分布曲线由单峰向双峰过渡,磁记忆信号峰值及应力峰值呈降低趋势;随着刻伤深度的增加,磁记忆信号曲线及应力分布曲线峰峰值增加,磁记忆信号峰值及应力峰值呈升高趋势。     

力磁效应下螺栓拉伸过程中磁信号检测试验

为探究高压设备在承压过程中法兰连接处螺栓受应力情况，基于力磁耦合效应，结合对螺栓拉伸过程中应力分布的有限元仿真，对螺栓进行了轴向拉伸过程中的应力检测，探究了螺纹连接不同位置的磁信号在拉伸过程的变化。试验结果表明:螺母前几扣处应力较大，后几扣处几乎没有应力集中；对螺栓六角头进行磁信号检测，发现六角头处应力集中不明显；对比42CrMo及35CrMo材料试样在相同拉伸及卸载载荷情况下的磁信号，反映了不同材料应力增大均可促进其磁信号发生变化；通过检测螺母有无铁磁性时螺栓拉伸过程中的磁信号，发现螺母所受压应力对磁信号变化影响较大。结果对工程应用磁信号检测金属法兰密封性具有指导性作用。     

黄土深基坑降水诱发的地基附加应力和沉降简化计算

为预测黄土地区深基坑降水导致的地层不均匀沉降,确保坑周建筑物安全,基于弦线模量法、弹性半无限体理论和剪切位移法,将坑周土体以降水曲线为界分为疏干区和饱和区,综合考虑绕渗区内渗流力在水平方向的分量和桩-土界面侧摩阻力对土体的约束作用,推导降水引起地基附加应力和地面沉降的理论计算公式,将理论计算值与工程实际监测数据对比分析...     

扶正器对超深气井油管柱屈曲行为的影响研究

为对苛刻工况中超深气井油管柱的屈曲行为进行完整、定量的研究，针对塔里木油田某超深气井油管柱，采用接触问题的有限元法，建立了原始油管和带扶正器油管2种工况下的有限元模型，并对油管柱的屈曲、接触问题进行模拟。结果表明:2种工况下的油管柱均在中和点到封隔器段发生了非均匀的正弦屈曲，加扶正器油管屈曲后横向位移小，屈曲段变长，屈曲形态有所改善；该模型可以全井段对原始油管柱和带扶正器油管柱屈曲形态进行对比分析，并且可获取原始油管屈曲后与套管的接触压力及其摩擦力，可为扶正器位置设计和油套管摩擦损伤失效分析提供定量数据参考。     

南海某深水高温高压气井SS-15型井口头系统薄弱点安全评价

为应对深水高温高压气井生产过程中井口系统复杂性、井口抬升等对整个井口系统完整性的破坏情况,研究环空压力、上顶力、温度、产量对井口头系统薄弱点的影响。基于数值模拟方法建立井口系统有限元力学模型,分析在不同环空压力与上顶力条件下,井口系统各部件的应力大小变化情况,为井口系统薄弱点位置的确定提供理论依据,进而提出深水高温高压井井口系统完整性的管控图版及方法。研究结果表明：环空密封本体与套管挂、锁环与限位槽的接触部位是薄弱点;同一环空压力下,上顶力越大,套管挂等效应力与锁环变形量越大;当上顶力超过700 t时,不论环空压力是否存在,均达到井口系统薄弱点屈服强度。因此,深水高温高压油气井应制定合理生产制度或管理措施,研究结果对保障井口系统完整性,降低深水高温高压井生产阶段风险具有一定参考意义。     

海上气井环空带压油套管柱动态安全评价技术

为了有效预测海上气井环空带压油套管柱潜在失效风险及安全管理环空压力，提出1种基于井口压力、温度和液位多参数监测的海上气井环空带压油套管柱动态安全评价技术。首先，结合气井生产状态参数和完井信息，建立气井井筒压力分布计算方法；然后，根据力学知识分析气井环空带压油套管柱应力场特点，进而提出利用环空带压井油套管柱安全系数作为油套管柱失效评价依据；最终，开发海上气井环空带压安全监测系统并开展现场案例井分析。研究结果表明:监测系统能够准确获取环空带压状态参数，通过环空压力状态变化分析阐述“A”环空带压机理为泄漏点处油套管之间压力平衡的保持；结合实际井口环空压力监测数据，井筒安全系数能够实时表征油套管柱安全状态。     

圆锥形喷嘴出口直径对水射流冲击动力特性的影响研究*

为探讨喷嘴结构对水射流冲击动力特性的影响,以圆锥形喷嘴为研究对象,基于COMSOL数值模拟软件,建立不同出口直径的圆锥形喷嘴模型,研究出口直径对水射流冲击动力特性的影响。研究结果表明:圆锥形喷嘴水射流冲击煤岩体过程中,不同喷嘴出口直径下水射流流场分布特征相似,整个流场可分为集中区、发散区、回流区和卷吸区4个区域,随喷嘴出口直径增大,卷吸区逐渐消失,其余3个区域分布也明显减弱;煤岩体应力分布可分为中心应力集中区和两侧应力集中区,随喷嘴出口直径不断增大,中心应力集中区与两侧应力集中区的范围逐渐减小,当喷嘴出口直径为6 mm时,两侧应力集中区基本消失;主体段入口速度恒定条件下,圆锥形喷嘴优选以2~3 mm出口直径为宜,此时水射流冲击煤岩体效果较佳,且不会对喷嘴产生结构破坏。