[發明專利]一種定量評估非API油套管接頭密封性能的計算方法

在審

• 申請號: 201710937402.8
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN109657255A
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 許志倩;閆怡飛;閆相禎;曹愛請;蓋永革;秦冬黎;沈蓉;鄭曉云
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種定量評估非API油套管接頭密封性能的計算方法。首先，利用Monte Carlo隨機正態分布抽樣公式結合密封表面粗糙度，模擬得到密封面輪廓曲線，依據不同樣本容量和表面粗糙度下的輪廓曲線幾何形貌特征統計數據，獲得到模擬曲線幾何共性特征，建立金屬對金屬密封的微觀泄漏模型。然后結合泄漏氣體特性，推導出含有密封面微觀幾何形貌特征的氣泄漏率計算公式。最終，依據非API油套管接頭主密封結構加工參數，獲得主密封面總密封預緊壓力，計算得到通過主密封結構的氣體總泄漏率，由此獲得非API油套管接頭密封性能定量評估預測方法。本發明考慮了多個油套管接頭密封加工參數以及泄漏氣體特性對泄漏率的影響。

技術領域

本發明涉及一種高壓氣井石油管材用非API接頭油套管技術，具體涉及一種定量評估非API油套管接頭密封性能的計算方法。

背景技術

伴隨著我國高壓氣田的大量開采，具有較高氣密封性的非API油套管應用日趨廣泛。然而，非API油套管相較于API油套管具有其獨特的密封結構，因此，通用的API油套管評價標準不適用于非API油套管接頭。該類標準中的接頭密封性能評價方法是將“接頭螺紋接觸面”作為評價對象，從“零”泄漏角度出發，先計算“螺紋密封面接觸壓力”，然后通過對比“螺紋密封面接觸壓力”與“油套管內氣體壓力”大小來間接評測油套管接頭的密封性能。而事實上，密封只是相對概念，絕對的“零”泄漏現象并不存在，故由此得出的評測結果準確度很低，不能真正反映預測油套管接頭密封性能。

目前，針對非API油套管接頭密封性能的研究手段，主要是基于密封面接觸壓力數值模擬計算的定性分析。在計算方法中沒有考慮油套管接頭密封結構處的技術加工參數(如，密封面接觸形式、接觸面積、表面粗糙度、密封脂和表面處理技術，等)對密封效果的影響，因此也就無法揭示上述因素與密封性能之間的定量關系，使得非API油套管接頭密封結構處的關鍵加工參數成為少數國外廠家專利。故將微觀泄漏機理引入密封性能評估，結合宏觀應力-應變規律，考慮多種密封影響因素，推導出一種定量評估非API油套管接頭密封性能的計算方法，是十分必要和重要的。

發明內容

本發明的目的在于彌補現有技術的缺陷和不足，提供一種針對高壓氣井油套管材用非API油套管接頭密封性能定量評估的方法，通過微觀泄漏機理將表面粗糙度、泄漏介質特性等多種密封影響因素，引入金屬對金屬密封性能評估中，結合彈塑性力學和流體力學理論，推出含有密封表面微觀幾何形貌特征和主密封結構重要加工參數的泄漏率計算公式，建立一套適用于非API套管接頭密封性能定量評估的方法，為我國自主研發具有高密封性能的套管接頭提供理論設計參考依據。

本發明涉及到的概念“API油套管”和“非API油套管”，出自《API BUL 5C3：關于套管、鉆桿、鉆桿和管線管的公式和計算的公報》和《ISO TR 10400 2007：石油管特性公式和計算公報》

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明的一種定量評估非API油套管接頭密封性能的計算方法，具體包括以下步驟：

步驟一：建立含有預設表面粗糙度的金屬對金屬密封微觀泄漏模型

利用Monte Carlo隨機正態分布抽樣公式，結合密封表面粗糙度加工參數，模擬得到服從正態分布和預設表面粗糙度在0.1～1.6微米范圍內的密封面輪廓模擬曲線。

Monte Carlo隨機正態分布抽樣公式中用到的“樣本均值”取密封面表面粗糙度值，“樣本標準差”取輪廓曲線最大高度值的六分之一

依據不同樣本容量和表面粗糙度下，輪廓曲線的平均峰角、平均峰高和三角峰數目與樣本容量比值的統計數據，分析得到密封面模擬輪廓曲線的幾何共性特征：服從正態分布的輪廓模擬曲線其三角峰數目與樣本容量的比值在任何表面粗糙下均為三分之一。