Simulation analysis of thread grease sealing based on nonlinear seepage flow
-
摘要: 针对API油套管螺纹啮合处泄漏影响油气开采的安全与效率，提出一种基于螺纹脂密封机理和非线性渗流理论的仿真方法，并验证螺纹脂密封性能仿真预测的可行性。通过螺纹脂颗粒的堵塞机理、基脂非牛顿特性和非线性渗流理论揭示螺纹脂的密封机理；根据该密封机理实现基脂在颗粒堵塞段中的渗流模拟。结果表明，温度升高与粒径减小都会导致螺纹脂密封性能降低，且所预测的螺纹脂泄漏抗力与实际工况的量级相近，这对螺纹脂密封性能的提升与仿真预测研究提供了一定的指导意义。Abstract: Leakage at the thread engagement of API oil casing affects the safety and efficiency of oil and gas extraction. A simulation method based on the thread grease sealing mechanism and nonlinear seepage theory was proposed, and the feasibility of the simulation prediction of thread grease sealing performance was verified. The sealing mechanism of the thread grease was revealed by the plugging mechanism of thread grease particles, the non-Newtonian characteristics of the base grease, and the nonlinear seepage theory. According to this sealing mechanism, the simulation of base grease seepage in the particle plugging section was realized. The results show that both temperature increase and particle size decrease lead to the reduction of the sealing performance of thread grease, and the predicted leakage resistance of thread grease is similar in magnitude to that under actual working conditions, which provides some guidance for the improvement of thread grease sealing performance and simulation prediction research.
-
Key words:
- thread grease /
- simulation analysis /
- sealing performance /
- nonlinear seepage flow
-
图 3 油套管二维轴对称螺纹连接模型
Figure 3. Two dimensional axisymmetric threaded connection model of oil casing
图 7 130 μm粒径颗粒挤压变形云图
Figure 7. 130 μm particle size particle extrusion deformation cloud map
表 1 填料的粒径与质量占比
Table 1. Particle size of filler and mass percentage
单位：% 粒径/μm 墨 铜 铅 锌 150 ~ 300 ≤0.3 0 ≤1.0 0 75 ~ 149 10.0 ~ 18.0 0 5.0 ~ 25.0 ≤2.0 45 ~ 74 20.0 ~ 31.0 1.0 14.0 ~ 55.0 ≤5.0 0 ~ 44 50.0 ~ 70.0 99.0 40.0 ~ 80.0 93.0 
下载: 导出CSV
表 2 J55材料属性
Table 2. J55 material properties
弹性模量/
GPa泊松比 抗拉强度/
MPa屈服强度/
MPa断后
伸长率/%203 0.3 700 420 31
下载: 导出CSV
表 3 固体填料材料属性
Table 3. Solid filler material properties
材料 密度/
(g·cm−3)杨氏模量
/GPa泊松比 屈服强度
/MPa切线模量
/MPa锌 7.133 130 0.25 95 70.1 铅 11.34 15.25 0.45 6 20 石墨 1.00 0.2 0.3 1.0 160
下载: 导出CSV
表 4 最小颗粒的粒径及其数目
Table 4. Minimum particle size and number within blocked section
参数 1号 2号 3号 4号 5号 粒径/μm 21 22 23 24 25 数目 612 535 468 412 364
下载: 导出CSV
表 5 基脂的HB参数
Table 5. HB parameters of base grease
温度/℃ 屈服应力/Pa 稠度系数/(Pa·s) 牛顿指数 45 16.02 5.98 0.54 55 10.73 4.87 0.55 65 6.67 4.13 0.57 75 5.51 2.59 0.59 85 4.20 1.17 0.61
下载: 导出CSV
-
[1] 李宝进, 宋治, 杜迅风, 等. 特殊螺纹密封脂的研究及其在石油专用管中的应用[J] . 石油钻采工艺, 1996, 18(5): 13 − 17, 27, 105. [2] 史交齐, 赵克枫, 韩勇, 等. 论油、套管螺纹泄漏抗力的确定和螺纹形式的选择[J] . 石油钻采工艺, 1997, 19(6): 24 − 31, 41, 105. doi: 10.13639/j.odpt.1997.06.006 [3] 王琍, 陈兆能, 张汝忻, 等. API圆螺纹套管接头螺纹脂密封性能分析[J] . 上海交通大学学报, 2001, 35(7): 1053 − 1056. doi: 10.3321/j.issn:1006-2467.2001.07.024 [4] 白传航. 高温丝扣防粘接密封脂的研制[J] . 合成润滑材料, 2005, 32(4): 1 − 4. doi: 10.3969/j.issn.1672-4364.2005.04.001 [5] 樊秀江. 不同条件下API套管螺纹接头密封性能的实验研究[D] . 西安: 西安石油大学, 2011. [6] INOSE K, SUGINO M, GOTO K. Influence of grease on high-pressure gas tightness by metal-to-metal seals of premium threaded connections[J] . Tribology Online, 2016, 11(2): 227 − 234. doi: 10.2474/trol.11.227 [7] HOENIG S, OBERNDORFER M. Tightness testing of environmentally friendly thread compounds[C] //Proceedings of the SPE Europec/EAGE Annual Conference and Exhibition. Vienna: SPE, 2006. [8] 吴天灵, 王春玲. API8牙圆螺纹接头密封性分析[J] . 石油矿场机械, 2003, 32(5): 79 − 80. doi: 10.3969/j.issn.1001-3482.2003.05.029 [9] 赵克枫, 史交齐. API螺纹油管套管泄漏抗力影响因素研究[C] //中国石油学会深井钻井试油及装备学术研讨会. 成都: 中国石油学会, 1998. [10] 武怀彪. 非牛顿流体端面密封表面织构化设计及多场耦合分析[D] . 芜湖: 安徽工程大学, 2023. [11] 王晓力, 桂长林, 朱廷彬, 等. 国产润滑脂流变参数的确定与研究[J] . 摩擦学学报, 1997, 17(3): 232 − 237. [12] 黄延章, 杨正明, 何英, 等. 低渗透多孔介质中的非线性渗流理论[J] . 力学与实践, 2013, 35(5): 1 − 8. [13] 姜瑞忠, 李林凯, 徐建春, 等. 低渗透油藏非线性渗流新模型及试井分析[J] . 石油学报, 2012, 33(2): 264 − 268. [14] 师渝滔. 致密油纳微米孔隙介质内液体输运特性研究[D] . 郑州: 郑州轻工业大学, 2019. [15] 黄延章. 低渗透油层非线性渗流特征[J] . 特种油气藏, 1997, 4(1): 9 − 14. [16] 习俊通, 聂钢, 梅雪松, 等. 套管螺纹接头连接性能的接触有限元分析[J] . 西安交通大学学报, 1999, 33(11): 63 − 66. doi: 10.3321/j.issn:0253-987X.1999.11.016 [17] 方晓君, 吕烁, 迟九蓉, 等. J55钢套管材料在地层水服役环境中的安全性评价和可靠性预测[J] . 腐蚀与防护, 2024, 45(4): 14 − 20. doi: 10.11973/fsyfh-202404003 [18] 柴世超, 王迪, 王欣然. 井筒隔热油管技术在渤海高含蜡B油田的应用[J] . 天津科技, 2024, 51(2): 88 − 90, 95. -
下载:
点击查看大图
计量
- 文章访问数: 12
- HTML全文浏览量: 6
- PDF下载量: 1
- 被引次数: 0
