油套管特殊螺紋接頭工廠端上扣對現場端接箍參數及性能的影響

0 前 言

上扣是油套管使用的第一步， 上扣試驗對油套管螺紋接頭的開發和油田的應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的現場端接箍公差發生變化這一現象的研究鮮見報道。 油套管螺紋接頭的參數往往與其性能息息相關

， 生產廠家會在設計及加工中規定參數公差以使接頭性能滿足標準要求。 但在油田商檢中往往會發現現場端接箍公差超出生產后接箍的公差， 甚至遠超出設計加工公差要求， 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， 采用小樣本統計方法在工廠端上扣前后對現場端接箍的螺紋及密封參數進行測量， 并用所得數據與有限元分析結果進行對比，最后進一步通過實物試驗進行了樣品密封性能的檢測， 以期為油田商檢中現場端接箍參數超差的原因分析及其對接頭性能的影響提供理論及試驗依據， 同時可為油田用戶提供參考。

在學習的持續過程中把學到的新知識存放到記憶中最好的方式是將新知識和學生已有的知識聯系起來，在一個背景環境中完成新知識從認知到記憶的過程，有背景的認知比單純的材料型認知加工速度快很多，減少了很多碎片類的信息加工任務。整個教學過程的設計靈活運用背景分析和特征分析來學習新知識點，特征分析由觀察到總結即由特殊到一般，背景分析由概念到應用即由一般到特殊，需要根據具體的學習情境來決定如何設計。

小麥銹病是對我國小麥生產安全造成影響的主要嚴重病害之一，可導致小麥出現10%-60%左右的減產。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。銹病產生的主要原因是條形柄銹菌的感染，此種致病菌具有極強的繁殖能力，對低溫天氣也有著較強的適應能力。發病后，小麥患病初期會出現黃色橢圓形粉孢以及綠色斑點，隨著小麥生長直至形成黑色橢圓形孢子堆。

1 試驗材料及方法

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

表1 為工廠端擰接前后現場端螺紋及密封面直徑公差測量結果， 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 上扣前后現場端螺紋及密封面直徑變化分析

試驗結果顯示， 在等效應力達到管體實際VME 的95%、 接頭拉伸和壓縮效率相對于管體的100%的條件下， 試驗滿足ISO 13679： 2002 CAL ⅣA 系標準規定的壓力、 密封要求， 接頭未發生泄漏或結構失效。

圖2 為工廠端上扣后的接頭等效應力云圖，可以看出工廠端密封及臺肩部位應力水平較高，另一現場端接箍也呈現一定的應力水平， 且密封部位應力水平遠高于螺紋部位。 圖3 為工廠端上扣后的接頭位移云圖， 由圖3 可以看出， 現場端接箍密封面半徑變化為+0.023 mm， 即現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 顯示的應力水平變化相互印證， 這也與表1 實物試驗參數檢測結果顯示的變化趨勢一致。 圖4 為工廠端和現場端均上扣后的接頭等效應力云圖， 與圖2 所示的工廠端上扣后的接頭等效應力云圖相比， 工廠端和現場端均上扣后的接頭的密封及臺肩部位應力水平有所降低， 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， 從而表現出密封部位的應力水平有所降低。

從另一角度上說， 由于該特殊螺紋接頭已經過ISO 13679 復合載荷包絡線評價試驗， 實際上在上卸扣試驗中同樣存在工廠端上扣對現場端密封參數形成影響， 只是ISO 13679 標準中沒有要求該參數的測量， 整個試驗過程已經包含了一端上扣對另一端接箍密封參數帶來的影響， 因此在油田現場應允許現場端接箍參數超出規定范圍。

（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， 導致同一接箍上的另一端（現場端） 參數也出現一定的變化， 距離越近則影響越顯著。

為了檢測接箍現場端參數發生顯著變化試樣的密封性能， 取現場端接箍密封面直徑變化最大的5

試樣 （現場端密封直徑公差+0.08 mm， 密封直徑增大0.065 mm） 進行密封試驗。 密封試驗按照ISO 13679:2002 CAL ⅣA 系標準規定施加載荷和壓力 （如圖7 所示）。 表2 為載荷包絡線A 系試驗加載點。

2.2 基于接箍現場端參數發生變化試樣的密封性能實物試驗

進一步建立模型， 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場端密封過盈量減少值相同時， 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場端密封過盈量減少值均為0.046 mm 時的密封接觸壓力分布， 通過計算顯示兩者密封指數相差10.2%， 這是由于雖然工廠端上扣造成現場端密封面直徑變大0.046 mm， 但是此時的現場端密封部位受到一定變形導致產生了壓應力， 等效于材料得到一定的硬化， 后續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， 兩者的受力狀態差異造成密封接觸的差異。

從表1 試驗參數測量結果可以看出， 工廠端上扣后對現場端接箍參數有一定影響。 不同試樣的現場端接箍參數變化不同， 這是由于在實際情況中， 受到工廠端過盈量大小、 材料強度、 接箍外徑大小、 接箍外徑橢圓度、 接箍壁厚大小、 壁厚不均度等參數的影響， 不同試樣工廠端上扣后現場端接箍參數變化不一； 但是總體上的變化趨勢是現場端的部位越靠近上扣端 （工廠端）， 則越有變大的趨勢， 表現為密封直徑增大量遠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， 導致同一接箍上的另一端（現場端） 參數也出現一定的變化， 距離越近影響越顯著。

“老先生，我已經看了核磁共振結果了，您看這張圖，白色的是椎管，可以看到脊髓和馬尾神經都受到了壓迫，基本可以確診為腰椎管狹窄癥了。咱們啊，先保守治療三個月，看看效果如何，如果效果不佳，就得考慮手術治療了。當然，如果這期間出現了下肢肌肉力量的減退，也是手術治療的絕對適應癥。因為肌力下降以后如果不及時手術，神經長時間受壓迫，肌力恢復的可能性就比較小了。”

完成載荷包絡線A 系試驗后， 繼續進行高內壓下拉伸至失效試驗。 通過封堵管端螺紋夾持端對試樣施加軸向載荷和內壓。 表3 為高內壓下拉伸至失效試驗結果， 顯示施加151.0 MPa 內壓后再施加框架拉伸載荷2 540 kN 時發生管體屈服失效， 此時VME 為管體的124%， 圖8 為高內壓下拉伸至失效試驗的載荷/壓力時間歷程曲線。 試驗表明， 由于工廠端上扣帶來的現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卡口轉接環安裝到索尼機身上。”

3 結 論

圖5 為僅工廠端上扣和工廠端+現場端均上扣的密封接觸壓力分布曲線， 顯示出工廠端+現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 （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） 工廠端上扣造成現場端過盈量減少（接箍密封直徑增加）， 此時的現場端密封部位受到一定的壓應力， 后續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， 兩者的受力狀態差異造成密封接觸的差異。

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

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

（5） 已經經過全尺寸實物評價試驗的油套管特殊螺紋接頭， 實際上在上卸扣試驗中同樣存在工廠端上扣對現場端密封參數形成影響， 整個試驗過程已經包含了一端上扣對另一端接箍密封參數帶來的影響， 只要接箍在工廠上扣前螺紋及密封參數公差在規定范圍， 在油田現場應允許現場端接箍參數超出規定范圍。

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