[发明专利]一种高温高压气井油管气密封螺纹分析评价方法

权利要求书

1.一种高温高压气井油管气密封螺纹分析评价方法，其特征在于，依据高温高压气井井下工作环境特征及螺纹结构特点，采集螺纹及密封上扣圈数、扭矩和台肩上扣圈数和增量扭矩，依据采集数据有限元模拟分析不同上扣扭矩条件下螺纹受力应力-应变分布进行气密封螺纹上扣扭矩分析；采用简谐振动疲劳试验机，加内压气压依据井下实测振动强度，加载振幅，记录振动循环次数和应变幅值，观察螺纹泄漏或疲劳断裂两种失效现象，获取抗疲劳分析数据；通过气密封螺纹上扣扭矩分析确定极限公差试样在不同上扣扭矩下分别进行工况载荷和应力腐蚀环境气密封适用性试验评价；

分析螺纹在规定的不同上扣条件下采集扭矩和圈数模拟分析不同公差下螺纹应力-应变分布情况，然后依据气密封螺纹上扣扭矩分析，选择极限公差及不同扭矩进行工况载荷谱下气密封性有限元分析，进行气密封螺纹上扣后井下工况载荷谱密封性分析；

在油管柱安装振动三参数测试仪检测三方向X、Y、Z的振动加速度，依据振动加速度计算分析加载振幅，然后进行井下油管柱生产采气过程螺纹动载荷抗疲劳分析，最后依据分析易失效环节确定适用性试验评价程序，在螺纹最差公差配合情况下，在不同上扣扭矩条件和工况载荷下通过分析计算和相应试验评价评价分析螺纹适用的可靠性。

2.根据权利要求1所述的一种高温高压气井油管气密封螺纹分析评价方法，其特征在于，气密封螺纹上扣扭矩分析中，采用超声回波反射法和有限元分析法检测密封接触长度及压力，分别对比不同上扣条件下主密封接触长度与压力形成的面积分判定上扣扭矩对气密封影响，以及螺纹复合应力MISES和等效塑性应变分布，依据数值分析结果确定极限公差试样及不同上扣扭矩，分别进行工况载荷和应力腐蚀环境气密封适用性试验评价。

3.根据权利要求2所述的一种高温高压气井油管气密封螺纹分析评价方法，其特征在于，扭矩至少包括最小扭矩值、最佳扭矩值、中间扭矩值和最大扭矩值。

4.根据权利要求1所述的一种高温高压气井油管气密封螺纹分析评价方法，其特征在于，气密封螺纹上扣后井下工况载荷谱密封性分析具体为：进行井下工况载荷谱密封性分析同时施加轴向载荷、内压和外压及温度，按实际温度下材料力学性能加载分析主密封接触压力与长度面积变化，确定其密封性是否适用于该工况；编制适用性试验评价载荷谱顺序，验证井下适用性。

5.根据权利要求4所述的一种高温高压气井油管气密封螺纹分析评价方法，其特征在于，依据井下不同生产工艺条件，采用管柱力学计算分析不同深度条件下工况载荷分布，井下油管柱载荷谱管柱力学计算分析包括井口试压、封隔器座封、酸化压裂、生产采气及套压变化下管柱不同深度位置螺纹受力。

6.根据权利要求1所述的一种高温高压气井油管气密封螺纹分析评价方法，其特征在于，生产采气过程螺纹动载荷抗疲劳分析具体为：通过螺纹动载荷抗疲劳分析选择最大振动加速度分析螺纹简谐振动弯曲交变载荷下螺纹抗疲劳及气密封寿命，按1000万次未发生断裂和泄漏作为持久性适用评价准则。

7.根据权利要求1所述的一种高温高压气井油管气密封螺纹分析评价方法，其特征在于，确定适用性试验评价程序具体如下：

S401、极限公差试样选取；

S402、上扣扭矩确定及抗粘扣试验；

S403、实测材料力学性能；

S404、井下工况载荷谱试验及实物应力腐蚀试验；

S405、简谐振动气密封疲劳实物试验；

S406、有限元和试验结果评价综合分析螺纹适用可靠性。

8.根据权利要求7所述的一种高温高压气井油管气密封螺纹分析评价方法，其特征在于，步骤S403中，实测材料力学性能包括拉伸和疲劳性能。

9.根据权利要求7所述的一种高温高压气井油管气密封螺纹分析评价方法，其特征在于，步骤S406具体如下：

A)选取最差密封性参数配合作为可靠性分析的基础；依据螺纹参数加工制造极限偏差试样；

B)两端分别最小和最大扭矩上扣，检测螺纹抗粘扣性和最小条件下载荷密封性和最大条件下应力及塑性应变，腐蚀环境密封性；

C)实测材料在室温和高温下力学性能，分析螺纹在不同上扣和载荷谱条件下，螺纹受力及应变变化，确保可靠性分析有效性；

D)依据井下工况载荷谱和理论分析编制试验程序对易泄漏失效环节延长试验时间有效性扩展至60min以上，确保井下静态工况载荷的安全使用；

E)实物应力腐蚀试验模拟井下腐蚀环境，如果最大扭矩上扣端发生泄漏；修改螺纹设计参数偏差，增加密封最小过盈量降低上扣最大扭矩减小应力分布和变形；控制上扣扭矩范围最小到中间值，确保腐蚀环境下密封性；最后通过产品极限公差最差配合理论分析和实物试验验证评价。