[发明专利]一种定量评估非API油套管接头密封性能的计算方法

说明书

本发明涉及一种定量评估非API油套管接头密封性能的计算方法。首先，利用Monte Carlo随机正态分布抽样公式结合密封表面粗糙度，模拟得到密封面轮廓曲线，依据不同样本容量和表面粗糙度下的轮廓曲线几何形貌特征统计数据，获得到模拟曲线几何共性特征，建立金属对金属密封的微观泄漏模型。然后结合泄漏气体特性，推导出含有密封面微观几何形貌特征的气泄漏率计算公式。最终，依据非API油套管接头主密封结构加工参数，获得主密封面总密封预紧压力，计算得到通过主密封结构的气体总泄漏率，由此获得非API油套管接头密封性能定量评估预测方法。本发明考虑了多个油套管接头密封加工参数以及泄漏气体特性对泄漏率的影响。

技术领域

本发明涉及一种高压气井石油管材用非API接头油套管技术，具体涉及一种定量评估非API油套管接头密封性能的计算方法。

背景技术

伴随着我国高压气田的大量开采，具有较高气密封性的非API油套管应用日趋广泛。然而，非API油套管相较于API油套管具有其独特的密封结构，因此，通用的API油套管评价标准不适用于非API油套管接头。该类标准中的接头密封性能评价方法是将“接头螺纹接触面”作为评价对象，从“零”泄漏角度出发，先计算“螺纹密封面接触压力”，然后通过对比“螺纹密封面接触压力”与“油套管内气体压力”大小来间接评测油套管接头的密封性能。而事实上，密封只是相对概念，绝对的“零”泄漏现象并不存在，故由此得出的评测结果准确度很低，不能真正反映预测油套管接头密封性能。

目前，针对非API油套管接头密封性能的研究手段，主要是基于密封面接触压力数值模拟计算的定性分析。在计算方法中没有考虑油套管接头密封结构处的技术加工参数(如，密封面接触形式、接触面积、表面粗糙度、密封脂和表面处理技术，等)对密封效果的影响，因此也就无法揭示上述因素与密封性能之间的定量关系，使得非API油套管接头密封结构处的关键加工参数成为少数国外厂家专利。故将微观泄漏机理引入密封性能评估，结合宏观应力-应变规律，考虑多种密封影响因素，推导出一种定量评估非API油套管接头密封性能的计算方法，是十分必要和重要的。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的缺陷和不足，提供一种针对高压气井油套管材用非API油套管接头密封性能定量评估的方法，通过微观泄漏机理将表面粗糙度、泄漏介质特性等多种密封影响因素，引入金属对金属密封性能评估中，结合弹塑性力学和流体力学理论，推出含有密封表面微观几何形貌特征和主密封结构重要加工参数的泄漏率计算公式，建立一套适用于非API套管接头密封性能定量评估的方法，为我国自主研发具有高密封性能的套管接头提供理论设计参考依据。

本发明涉及到的概念“API油套管”和“非API油套管”，出自《API BUL 5C3：关于套管、钻杆、钻杆和管线管的公式和计算的公报》和《ISO TR 10400 2007：石油管特性公式和计算公报》

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种定量评估非API油套管接头密封性能的计算方法，具体包括以下步骤：

步骤一：建立含有预设表面粗糙度的金属对金属密封微观泄漏模型

利用Monte Carlo随机正态分布抽样公式，结合密封表面粗糙度加工参数，模拟得到服从正态分布和预设表面粗糙度在0.1～1.6微米范围内的密封面轮廓模拟曲线。

Monte Carlo随机正态分布抽样公式中用到的“样本均值”取密封面表面粗糙度值，“样本标准差”取轮廓曲线最大高度值的六分之一

依据不同样本容量和表面粗糙度下，轮廓曲线的平均峰角、平均峰高和三角峰数目与样本容量比值的统计数据，分析得到密封面模拟轮廓曲线的几何共性特征：服从正态分布的轮廓模拟曲线其三角峰数目与样本容量的比值在任何表面粗糙下均为三分之一。