[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

说明书

本发明公开了一种高温高压气井油管气密封螺纹分析评价方法，依据高温高压气井井下工作环境特征及螺纹结构特点，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；然后依据气密封螺纹上扣扭矩分析，选择极限公差及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；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，综合评价分析螺纹适用的可靠性。本方法可广泛应用于高温高压气井、非常规多段高压裂气井，特别适用于塔里木、西南油气田等深井超深井完井油管柱螺纹选用及适用性评价。

技术领域

本发明属于石油天然气开发技术领域，具体涉及一种高温高压气井油管气密封螺纹分析评价方法。

背景技术

中国高温高压三超气井具有代表性油气田是塔里木、西南地区。针对该类复杂工况油气井，油管柱螺纹检测评价代表性方法是ISO13679的四级试验评价(CALⅣ)；但通过检测评价的油管气密封螺纹在塔里木、西南等高温高压气井应用过程中仍然发生了大量泄漏和断裂失效。对比分析井下实际工况与评价方法的差异：

1)螺纹上扣：ISO检测标准规定，针对螺纹极限公差最差气密封试样1#样，按最小扭矩上扣，依据上扣后主密封具有最小接触长度和压力(即最差密封性)，检测1#样载荷下密封性；没有考虑油田现场上扣扭矩变化螺纹塑性变形在井下工况环境介质下应力腐蚀气密封失效和振动疲劳气密封及断裂失效；

2)载荷气密封：ISO标准采用A系全包络线和B系半包络线载荷谱即拉伸或压缩(弯曲)+纯外压(液体)或纯内压(气)检测螺纹的气密封能力，依据比对螺纹密封能力是否达到等管体性能的多少称之为密封效率；没有考虑实际井下工况环境下轴向载荷和内外压共存对气密封的影响，由于特殊螺纹的接箍内螺纹齿高比外螺纹高0.2mm左右，螺纹形成流体通道，直接作用于主密封位置，造成主密封接触压力下降，易导致井下螺纹内压气密封失效；

3)高温环境下气密封：ISO标准采用C系拉伸+内压的温度循环试验检测螺纹的气密封能力，依据高温下材料屈服强度性能下降且拉伸下密封接触压力降低加速检测高温下螺纹气密封能力。没有考虑井下实际工况不同作业阶段温度及载荷变化；压裂低温拉伸，生产高温压缩且管柱屈曲下气体流动诱发振动，造成螺纹密封失效或疲劳断裂。鉴于上述比对分析可知：现行代表性标准检测方法，不适用高温高压气井工况，需要补充完善分析评价方法：

1)极限公差下试样需评价不同上扣扭矩下密封接触及台肩塑性变形可能产生的应力腐蚀；

2)螺纹载荷气密封试验应依据井下载荷工况谱分析评价螺纹在轴向载荷+内外压共存+环境温度下密封性；

3)生产阶段气体流动诱发管柱振动对密封接触压力及螺纹疲劳断裂的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高温高压气井油管气密封螺纹分析评价方法。

本发明采用以下技术方案：

一种高温高压气井油管气密封螺纹分析评价方法，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，观察螺纹失效现象泄漏或疲劳断裂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；