BTC石油套管LTC石油套管STC石油套管抗拉强度和扭矩力扭矩介绍石油套管扭矩，研究了特殊扣石油套管接头上扣扭矩的构成,利用厚壁圆筒理论,推导了特殊扣石油套管接头上扣扭矩的计算方法,确定了螺纹牙径向过盈量,分析了螺纹脂摩擦因子对上扣扭矩的影响。结果表明,在螺纹过盈量一定的情况下,所用螺纹脂的摩擦因子越大,螺纹牙径向过盈扭矩所占总扭矩的比值越大,并逐渐趋于一定值。在进行特殊扣接头加工时,应优化公差配合,优先保证密封结构的加工精度和表面粗糙度,并注重螺纹脂的选择。利用本文给出的计算方法,可以较好地估算特殊扣接头的上扣扭矩。

　　关键词：套管接头; 特殊螺纹; 上扣扭矩; 有限元

　　随着油气勘探技术的进一步发展,深井、超深井、高腐蚀油气井的数量逐渐增多,对石油套管接头提出了更高的要求,传统的API螺纹接头面临诸多挑战[1-2]。与普通的API螺纹接头相比,特殊扣石油套管接头具有相当于管体本身的抗拉强度、优良的密封稳定性以及更好的抗腐蚀能力,已被广泛使用[3-4]。为了保证石油套管接头的连接强度和密封性能,对上扣扭矩要严格控制:既要保证总扭矩在合理的范围内,又要使扭矩在螺纹、密封面、台肩上得到合理分配。然而特殊扣石油套管接头的结构较复杂,不同于标准的API螺纹接头,因此至今没有给出统一的上扣扭矩计算公式。在对石油套管接头进行分析时主要采用全尺寸试验法[5]和有限元法[6-7],相关的理论分析较少。本文结合厚壁圆筒线弹性理论、二维轴对称有限元法和API扭矩台肩上扣扭矩计算方法,建立了石油套管接头的上扣扭矩计算公式。

　　1套管接头上扣扭矩分析

　　特殊扣石油套管接头由接箍和管体两部分组成,如图1所示。为了满足一定的密封性能,在接头端部设有锥面对锥面的金属密封和扭矩台肩,扭矩台肩一般采用逆向结构,除了起辅助密封作用外,还起过载保护的作用。连接螺纹采用锥管螺纹,螺纹长度为L0。螺纹主要起连接作用,在设计螺纹牙时主要考虑连接强度。本接头采用的螺纹结构见图2。为了防止松扣以及跳扣现象[8],使套管接头能够承受相当于管体的抗拉强度,采用钩型螺纹牙(螺纹的承载角为负值)。由于承载角过小不易加工,采用-3°承载角;为了改善螺纹牙接触应力,防止多次上扣发生黏扣现象,螺纹锥度设置为1∶16,中径线与轴向的夹角为γ;接箍的螺纹牙齿高大于管体螺纹牙齿高,上扣完成后接箍的齿顶与管体的齿底过盈配合,接箍的齿底和管体的齿顶具有一定间隙,降低螺纹的应力集中。

　　螺纹的导向面主要起到引扣的作用,接箍的齿顶和管体的齿底接触长度为HJ,螺距为P;螺纹的承载面承受密封面和扭矩台肩的轴向载荷,以及工作环境下管体自重引起的轴向拉力。

　　为了保证接头的连接完整性和密封完整性,在弹性范围内应选取较大的密封面径向过盈量和扭矩台肩轴向过盈量,通过有限元分析,密封面的径向过盈量δm大为0.35 mm,扭矩台肩轴向过盈量δt大为0.11 mm。

　　3.2螺纹牙径向过盈量

　　为了保证石油套管接头的连接性能,保证接头的结构完整性,需要一定的螺纹牙径向过盈量,普遍认为螺纹牙径向过盈扭矩T1占总上扣扭矩TD的20%左右,因此,要合理控制螺纹牙径向过盈量,本文将该比值控制在18%～22%。

　　螺纹牙径向过盈量主要受上扣圈数、螺纹锥度、中径尺寸偏差等因素影响,图10示出了螺纹牙径向过盈量为0～0.24 mm时,总上扣扭矩TD以及T1与TD比值的变化情况。

　　从图10中可以看出,随着螺纹牙径向过盈量的增加,总上扣扭矩线性增长,螺纹牙径向过盈扭矩与总上扣扭矩的比值增长较快,说明螺纹牙径向过盈量对总上扣扭矩有着重要影响,为了使该扭矩比值在18%～22%,螺纹牙径向过盈量应在0.11～0.14 mm。

　　3.3螺纹脂摩擦因子

　　上扣时接箍和管体的摩擦因子受加工精度、表面光洁度以及螺纹脂影响,其中接箍和管体摩擦因子主要取决于螺纹脂的摩擦因子u。上扣完成后螺纹牙径向过盈量为0.14 mm,密封面的径向过盈量为0.35 mm,扭矩台肩轴向过盈量为0.11 mm。图11示出了螺纹脂摩擦因子0.005～0.05时的总上扣扭矩TD,以及螺纹牙径向过盈扭矩T1与总上扣扭矩TD的比值的变化情况

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