專利名稱：一種油井管螺紋接頭密封性能測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油天然氣油井管螺紋接頭密封性能測試方法。
背景技術(shù)：
油井管螺紋接頭是油氣井管柱中受力最苛刻、結(jié)構(gòu)最薄弱環(huán)節(jié)，其主要作用在于連接油井管并密封油井管內(nèi)的高壓氣體，且其密封性能的好壞影響著油氣井井筒安全。近年來，隨著深井?dāng)?shù)量或高壓氣井?dāng)?shù)量增加，使得油井管螺紋接頭的服役環(huán)境越來越惡劣，如我國塔里木油田的某些氣井壓力達到IOOMpa以上，其性能將影響到油井管柱對高壓天然氣的密封，嚴重影響到油氣井的井筒安全。為了彌補常規(guī)螺紋接箍套管密封性能的不足，國外油井管廠家提出了一種具有較高密封性能的油井管螺紋接頭，即特殊扣。隨后，國內(nèi)油井管廠家也研發(fā)了具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的特殊扣，較好的滿足了天然氣安全、高效開發(fā)的需要。其特點是:依靠傳統(tǒng)的螺紋來實現(xiàn)油井管柱之間的連接并保證足夠的抗拉性能，除此之外，還有一個具有一定接觸面壓和接觸長度的金屬臺肩面來實現(xiàn)氣體密封。此時，螺紋牙側(cè)面嚙合和螺紋脂僅僅起著輔助密封作用。根據(jù)特殊螺紋接箍的特點和螺紋密封的機理可知，特殊扣的密封面的接觸長度和接觸面壓是決定氣體密封能力的主要因素。通常，接觸面壓越大密封性能越好，接觸長度越長密封性能越好，因此合理的接觸面壓和接觸長度成為螺紋接頭設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。但是，不同規(guī)格的螺紋接頭在不同接觸面壓下的真實密封性能、接觸面壓和接觸長度與臨界泄漏壓力之間的關(guān)系很難確定，目前都是靠有限元分析得到初步結(jié)果，沒有相關(guān)的實驗方法和裝置來研究特殊扣的泄漏機理。為了對特殊扣的泄漏機理及其密封性能進行分析和評價，需要弄清接觸面的不同接觸長度、不同接觸面壓下的真實密封性能(即:接觸面壓和接觸長度與臨界泄漏壓力之間的關(guān)系)，從而為油井管柱特殊扣設(shè)計和使用提供理論支持，因此，本發(fā)明提出了一種特殊扣泄漏機理的評價方法，旨在研究接觸面壓、接觸長度與臨界泄漏壓力之間的關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種油井管螺紋接頭密封性能測試方法，以測試螺紋接頭金屬臺肩面具有不同接觸長度在不同接觸面壓下的密封性能及密封性能與接觸長度和接觸面壓之間的關(guān)系，為油井管螺紋接頭設(shè)計提供關(guān)鍵參數(shù)。為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:采用上、下密封腔體，將下密封腔體固定于底座上，在上密封腔體和下密封腔體的螺紋連接端上分別裝一個密封墊片和螺紋連接件，兩螺紋連接件接觸面的厚度等同于某一工況下螺紋接頭工作時金屬臺肩面的接觸長度，同時用兩根圓柱絲杠將裝有螺紋連接件的上密封腔體連接在下密封腔體上，固定整個密封腔體的徑向移動；隨后在螺紋連接件的外表面套上O型密封圈和橡膠密封筒；為檢測密封腔在注氣過程中是否存在漏氣，用排氣管將橡膠密封筒與盛水容器保持連通；用壓力試驗機通過上密封腔體上的球鉸對整個測試裝置施加均勻外力，讓兩螺紋連接件的接觸面上產(chǎn)生一定大小的接觸面壓；通過與密封腔連通的透氣孔向密封腔內(nèi)緩慢注入高壓氣體，注完一定壓力的氣體后，關(guān)閉透氣孔上的安全閥并保持一段時間，同時觀察盛水容器是否產(chǎn)生氣泡，繼續(xù)增加注氣壓力，直到盛水容器產(chǎn)生氣泡即密封腔開始漏氣為止，此時便可以確定該工況下螺紋接頭在一定接觸面壓下的臨界漏氣壓力。通過改變接觸面壓或螺紋連接件的厚度，重復(fù)上述步驟可以測試螺紋接頭的金屬臺肩面在不同接觸長度和不同接觸面壓下的臨界漏氣壓力，從而利用數(shù)據(jù)擬合的方法能確定密封性能與金屬臺肩面接觸長度和接觸面壓力之間的關(guān)系。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于考慮了螺紋接頭金屬臺肩面的接觸長度和接觸面壓對螺紋接頭密封性能的影響，能測出螺紋接頭的金屬臺肩面在不同接觸長度和不同接觸面壓下的真實密封性能，同時也能得到螺紋接頭的密封性能與接觸長度和接觸面壓之間的關(guān)系，從而能夠為螺紋接頭的設(shè)計提供關(guān)鍵的參數(shù)，確保了井下螺紋密封的安全。


圖1為密封性能測試方法所使用的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為上密封腔體之示意圖。圖3為下密封腔體和螺紋連接件之連接示意圖。圖4為油井管螺紋接頭結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如附圖所示，I為球鉸，2為上密封腔體，3為透氣孔，4為安全閥，5為排氣管，6為盛水容器，7為下密封腔體,8為螺紋連接件,9為橡膠密封筒,10球窩，11為密封腔室，12為密封墊片，13為O型密封圈，14為圓柱絲杠，15為底座，16為圓柱孔，17金屬臺肩面。試驗時，首先將下密封腔體固定于底座15上，且在上密封腔體2和下密封腔體7的螺紋連接端上分別裝一個密封墊片12和螺紋連接件8，兩螺紋連接件8之接觸面A的厚度L等同于某一工況下螺紋接頭18 (見圖4)工作時金屬臺肩面17的接觸長度，同時用兩根圓柱絲杠14將裝有螺紋連接件8的上密封腔體2連接在下密封腔體7上，用于整個固定密封腔體的徑向移動；隨后在螺紋連接件8的外表面套上O型密封圈13和橡膠密封筒9 ；為檢測密封腔在注氣過程中是否存在漏氣，用排氣管5將橡膠密封筒9與盛水容器6保持連通；在上密封腔體的球窩10上安裝球鉸I，通過球鉸I對整個測試裝置施加均勻地壓力，讓兩螺紋連接件8緊密接觸并在其接觸面A上產(chǎn)生一定的接觸面壓，其接觸面壓等同于油井管的螺紋接頭18在某一特定工況下金屬臺肩面17上的接觸面壓。其次，通過密封腔室11的透氣孔3向密封腔室11內(nèi)緩慢注入高壓氣體，注完一定壓力的氣體后，關(guān)閉透氣孔3上的安全閥4并保持一段時間，同時觀察盛水容器6是否產(chǎn)生氣泡；若無氣泡產(chǎn)生，重復(fù)上述注氣步驟，繼續(xù)增加注氣壓力，直到盛水容器6產(chǎn)生氣泡即密封腔室11開始漏氣為止，此時便可以確定該工況下螺紋接頭18在一定接觸面壓下的臨界漏氣壓力。因此，通過改變接觸面壓和螺紋連接件8之接觸面的厚度，重復(fù)上述操作可測試出不同工況下螺紋接頭18的金屬臺肩面17在不同接觸長度、不同接觸面壓下的臨界漏氣壓力，從而利用數(shù)據(jù)擬合方法能確定螺紋接頭18的密封性能與接觸長度和接觸面壓之間的關(guān)系。
應(yīng)用本試驗方法，能測出螺紋接頭的金屬臺肩面在不同接觸長度和不同接觸面壓Pa (金屬對金屬接觸面的平均表面壓力)下的臨界泄漏壓力Pc (密封性能)。同時，結(jié)合如下處理方法，能夠確定臨界泄漏壓力Pc與接觸面壓Pa和接觸長度之間的關(guān)系；首先，參見圖1可知在外力F的作用下兩螺紋連接件的接觸面A上產(chǎn)生的接觸面壓Pa:..4F
權(quán)利要求
1.一種油井管螺紋接頭密封性能測試方法，其特征在于:采用上、下密封腔體(2)，(7)，下密封腔體固定于底座(15)上，在上密封腔體(2)和下密封腔體(7)上分別裝上密封墊片(12)和螺紋連接件(8)，兩螺紋連接件(8)接觸面的厚度等同于某一工況下螺紋接頭(18)工作時金屬臺肩面(17)的接觸長度；用兩根相同的圓柱絲杠(14)將上密封腔體(2)連接在下密封腔體(7)上，固定整個密封腔體的徑向移動；將球鉸(I)安裝在上密封腔體的球窩(10)上，外部壓力通過球鉸(I)均勻地施加在上密封腔體(2)上，在外部壓力的作用下兩螺紋連接件(8)緊密接觸并在其接觸面A上產(chǎn)生一定大小的接觸面壓；在兩螺紋連接件(8)外表面套上O型圈(13)和橡膠密封筒(9);用排氣管(5)將橡膠密封筒(9)與盛水容器(6)連通來檢測注氣過程中是否存在漏氣；用高壓泵將氣體從透氣孔(3)注入密封腔室(11)，直到漏氣為止；重復(fù)上述步驟，通過改變作用在密封腔體上的均勻壓力，可測試螺紋接頭(18)在不同接觸面壓下的密封性能；改變連接在密封腔體上螺紋連接件(8)接觸面的厚度L，可測試螺紋接頭(18)的金屬臺肩面(17)在不同接觸長度下工作時的密封性能；從而采用數(shù)據(jù)擬合方法，可以確定螺紋接頭(18)的密封性能與接觸長度和接觸面壓之間的關(guān)系ο
全文摘要
本發(fā)明提供一種油井管螺紋接頭密封性能測試方法，其特點是根據(jù)螺紋密封的機理即螺紋接頭金屬臺肩面的接觸面壓和接觸長度是決定其密封性能的主要因素，利用密封腔體的密封特性，通過透氣孔向密封腔內(nèi)注入高壓氣體進行密封性能測試。通過改變作用在密封腔體上的均勻壓力，可測試螺紋接頭在不同接觸面壓下的密封性能；改變連接在密封腔體上的螺紋連接件接觸面的厚度，可測試具有不同接觸長度的螺紋接頭工作時的密封性能，從而確定螺紋接頭的密封性能與金屬臺肩面的接觸長度和接觸面壓之間的關(guān)系。本方法操作簡單，能測出螺紋接頭的金屬臺肩面在不同接觸長度和不同接觸面壓下的真實密封性能。
文檔編號E05B17/02GK103195295SQ20131010356
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者林元華, 鄧寬海, 劉婉穎, 曾德智, 朱紅鈞, 王其軍, 孔祥偉, 武元鵬, 朱達江, 周瑩, 謝娟, 熊浩 申請人:西南石油大學(xué)