API圆螺纹套管接头应力场分布实验

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2000.06.018 第22卷第6期 北京科技大学学报 Vol.22 No.6 2000年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2000 API圆螺纹套管接头应力场分布实验 王琍”张汝忻”邹家祥)臧勇) 1)上海宝钢集团公司钢管分公司，上海2019002)北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要套管接头在装配、内压和拉伸载荷工况条件作用下，沿接头的应力分布规律及上扣 扭矩和滑脱力的大小，对分析套管接头粘扣、泄漏和滑脱失效有重要参考价值，使用目前先进 的全尺寸实物评价试验设备，对套管接头进行了综合实验测试，并分析了测试结果.实验和分 析结论提高了全面认识套管接头力学性能的水平，而且为从理论上进一步深入研究提供了可 靠的数据 关键词套管接头；实验研究；API圆螺纹：应力分布 分类号TE256.9 文献标识码：A 套管接头粘扣、泄漏和滑脱失效都产生在 (2)内压实验设备.内压实验设备主要由计 接头螺纹牙部位，而影响其发生失效的因素很 算机采集监控系统、密封装置、压力传感器、气 多，既包括接头本身几何参数的影响，也受到油 泵等组成.气泵通过单向阀把自来水打入两边 田操作工艺和载荷工况的影响，要想从实验手 密封好的试样，传感器把测得的试样内部压力 段得到螺纹牙的力学性能，采用直接测量方法 输入计算机，进行实时监控显示.计算机可以输 是无法实现的.为此，本论文通过在螺纹接头外 出压力与时间的关系曲线，最大加压载荷为 壁上贴应变片的方法，用美国HO.MOHR工程 206.85MPa,精度为±0.5%. 设计研究公司生产的全尺寸实物评价设备， (3)拉伸实验设备.该设备主要由计算机采 研究了套管接头在受装配、内压和拉伸工况载 集监控系统、8个液压缸、样本两端固定装置、 荷条件下，套管接头的应力场分布，同时还测量 力传感器、位移传感器和立柱架组成.计算机采 了装配扭矩随上紧圈数的变化，以及滑脱力的 集控制系统可以显示拉伸力与时间、拉伸力与 大小， 位移的变化曲线.最大拉伸载荷为13350kN,精 度为±1%， 1 实验设备和实验方案 1.2实验方案 实验设备选用从美国H.O.MOHR工程设计 (1)样本规格和应变片的布置，实验样本的 研究公司引进的全尺寸实物评价试验机.它包 规格为139.7mm×7.72mm,单位质量为25.3kg 括上卸扣实验机、内压实验机和拉伸实验机.数 m,钢级为J55,扣型为LCSG.采用接箍外部贴 据采集通过有120个应变片通道的计算机控制 片，如图1为贴片图. 系统进行. (2)实验步骤.实验分为3个步骤：第1步， 1.1实验设备 样本的几何参数测量”，包括：锥度、螺距、齿高、 (1)上卸扣实验设备，设备主要由计算机采 紧密距等；第2步，贴应变片、布线、仪器调平 集监控系统、液压大钳、大钳配重、固定链和底 衡；第3步，进行实验.在上扣情况下回，分别在 座组成.上卸扣时，大钳的扭矩通过力传感器测 手紧位置、上紧1圈、上紧2圈、上紧3圈进行 得，转速通过速度传感器测得.计算机采集监控 相应的应变和扭矩测量；在压力情况下，分别 系统可以实时输出扭矩和时间、扭矩和圈数，以 在6.895,13.79,20.685和27.58MPa下进行了应 及上卸扣转速和时间、转速和圈数的函数曲线. 变测量：在拉伸情况时，分别在311.36,533.76， 大钳的最大扭矩是3.39×10Nm,精度为±1%. 756.16,978.56,1200.96kN的拉力下进行了应变 的测量，还测量了滑脱力. 2000-02-28收稿王琍男，37岁，博士后 ◆国家经贸委重点技术开发项目

第 ￾￾卷 第 ￾期 ￾￾￾年 ￾ 月 北 京 科 技 大 学 学 报 ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾比￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾ 、￾￾￾￾ ￾￾ ￾‘ ￾舰 ￾ ￾￾￾ ￾￾￾圆螺纹套管接头应 力场分布实验 王 俐 ” 张汝忻 ” 邹家祥 ” 减 勇 ” ￾￾上海宝钢集团公司钢管分公司 ， 上海 ￾￾ ￾￾ ￾￾北京科技大学机械工程学院 ， 北京 ￾￾￾￾ 摘 要 套管接头在装配 、 内压和 拉伸载荷工 况条件作用 下 ， 沿接头 的应 力分布规律及 上 扣 扭矩和滑脱 力的大小 ， 对 分析套管接头粘扣 、 泄漏 和 滑 脱失效有重要 参考价值 ￾ 使用 目前先进 的全尺 寸实物评价试验设备 ， 对套管接头进行 了综合实验测试 ， 并分析 了测试 结果 ￾ 实验和 分 析结论提高 了全面认识套管接头力学性能 的水平 ， 而 且 为从 理论上进一步深 入研究提供 了可 靠 的数据 ￾ 关键词 套管接头 ￾ 实验研究 ￾ ￾￾ 圆螺纹 ￾ 应力分布 分 类号 ￾ ￾￾￾ 文献标识码 ￾￾ 套管接头粘扣 、 泄漏和 滑脱 失效都产 生在 接头螺纹 牙部位 ， 而 影 响其 发生 失效 的 因素很 多 ， 既包括接头本身几何参 数 的影 响 ， 也 受到油 田操作工 艺和 载荷工 况 的影 响 ￾ 要想 从 实验手 段 得到螺纹牙 的力学性 能 ， 采用 直接测 量方法 是无法实现 的 ￾ 为此 ， 本论文通过在螺纹接头外 壁 上 贴应变 片 的方法 ， 用 美 国 ￾￾￾￾￾￾ 工 程 设 计 研 究 公 司 生 产 的 全 尺 寸 实物 评 价 设 备 ， 研究 了套管接头在 受装配 、 内压和 拉伸 工 况载 荷条件下 ， 套管接头 的应力场分布 ￾ 同 时还测量 了装配扭矩 随上紧 圈数 的变化 ， 以及滑脱力 的 大 小 ￾ ￾ 实验设备和实验方案 实验设备选用 从美 国￾￾￾￾￾￾工程 设计 研 究公 司 引进 的全尺 寸实物评价试验机 ￾ 它 包 括上 卸扣实验机 、 内压实验机和 拉伸实验机 ￾ 数 据采集通过 有 ￾￾个应变片通道 的计 算机控制 系统进行 ￾ ￾￾ 实验设备 ￾￾ 上卸扣 实验设备 ￾ 设备 主 要 由计算机采 集监控 系统 、 液压 大钳 、 大钳 配重 、 固定链和底 座组成 ￾ 上卸扣时 ， 大钳 的扭矩通过力传 感器测 得 ， 转速通过速度传感器测 得 ￾ 计算机采集监控 系统可 以实时输 出扭矩和 时 间 、 扭矩和 圈数 ， 以 及上卸 扣转速和 时间 、 转速和 圈数 的函数 曲线 ￾ 大钳 的最大扭矩是 ￾ ￾ ￾￾ ￾￾ ￾ · ￾ ， 精度为 月￾ ￾ ￾￾一￾一￾ 收稿 王 俐 男 ， ￾ 岁 ， 博士 后 ￾ 国家经 贸委重 点技术开发项 目 ￾￾内压 实验 设备 ￾ 内压 实验设备主 要 由计 算机采集监 控 系统 、 密 封装置 、 压力传 感器 、 气 泵等组成 ￾ 气 泵通过单 向阀把 自来水打入两 边 密封好 的试样 ， 传感器把测 得 的试样 内部压 力 输入计算机 ， 进行 实时监控显 示 ￾ 计 算机可 以输 出 压 力 与 时 间 的 关 系 曲线 ￾ 最 大 加 压 载 荷 为 ￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾， 精度 为土￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾￾拉伸 实验设备 ￾ 该 设备主要 由计算机采 集监 控系统 、 ￾个液压 缸 、 样本两端 固定 装置 、 力传感器 、 位移传感器和 立柱架组成 ￾ 计算机采 集控制 系统 可 以显 示拉 伸 力与 时 间 、 拉 伸力与 位移 的变化 曲线 ￾ 最大拉伸载荷 为 ￾￾￾￾￾咖 ， 精 度 为士 ￾￾ ￾ ￾￾ 实验方案 ￾￾ 样本规格和 应变片 的布 置 ￾ 实验样本 的 规格 为 ￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾ ， 单位质量 为 ￾ ￾ ￾￾￾ ￾ ， 钢 级 为 ￾￾ ， 扣 型 为 ￾￾￾￾ ￾ 采用 接箍外部贴 片 ， 如 图 ￾为贴片 图 ￾ ￾￾实验步骤 ￾ 实验分为 ￾个步骤 ￾ 第 ￾步 ， 样本 的几何参数测 量〔￾， 包括 ￾ 锥度 、 螺距 、 齿 高 、 紧密距 等 ￾ 第 ￾步 ， 贴应变 片 、 布 线 、 仪器调 平 衡 ￾第 ￾步 ， 进行 实验 ￾ 在上 扣 情况下 〔￾ ， 分 别在 手 紧位 置 、 上紧 ￾圈 、 上 紧 ￾ 圈 、 上 紧 ￾圈进行 相 应 的应 变和 扭矩测 量 ￾在压 力情况下 【￾， 分别 在 ￾ ￾ ￾￾￾ ， ￾￾ ￾ ￾￾ ，￾￾ ￾ ￾￾￾和 ￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾ 下 进行 了应 变测 量 ￾在拉伸情 况 时￾ ， 分别在 ￾￾ ￾ ￾ ， ￾￾ ￾ ￾ ， ￾￾￾ ￾ ￾￾ ， ￾￾￾ ￾ ￾￾ ， ￾￾￾￾ ￾ ￾￾咖 的拉力 下 进行 了应变 的测 量 ， 还测 量 了滑脱力 ￾ ＤＯＩ：１０．１３３７４／ｊ．ｉｓｓｎ１００１－０５３ｘ．２０００．０６．０１８

·556· 北京科技 大学学报 2000年第6期 8×10mm 7×10mm mm 150mm 50mm MWWMMwWwWWwmWwwW- 实验端 工厂端 图1样本应变片布置示意图 Fig.1 The placement of strain gauges on the sample 2 实验结果与分析 紧密距为2.575mm,形象地说属于大脑袋带小 帽子，这样的紧密距相互配合，在基本机紧条件 2.1上扣工况应力场分布与结果分析 下，会产生外露扣.事实上通过测量，上紧后外 图2表示上扣工况时的接箍外表面环向应 露扣长度为2.5mm,如果不产生外露扣，势必使 力和轴向应力的应力场分布，图中为研究点距 得扭矩增大，因此，优选紧密距范围，对控制上 接箍部距离.在实验端，最大环向应力距接箍端 扣操作时外露扣和扭矩2个参数至关重要. 部距离为28mm,大致在第2齿之间；最大轴向 22内压工况应力场分布与结果分析 应力距接箍端部距离为18mm,大致在第1齿 图3是上扣后加内压载荷时，接箍外壁的 上，这与实际使用情况以及有限元理论计算结 应力场变化情况.由图可以看出：内压使环向应 果相吻合，即套管在接箍端部第1齿容易发生 力和轴向应力都增加：对于实验端，距接箍端部 粘扣.从应力大小看出，实验端上扣对接箍工厂 28mm左右有一点轴向应力不变；在工厂端，距 端外表面应力影响不大.同时还测量了上扣1， 接箍端部28~38mm之间轴向应力增加缓慢.由 2,3圈时上紧扭矩的变化大小，其值分别为 于上扣对工厂端应力影响较小，因此，内压作用 843.43,1758.73和3878.16Nm,终值小于APIRP 下对工厂端应力场可近似看作只有内压工况时 5C1中规定的最大值4190.04N·m.从紧密距测 接箍的应力分布.在实验中，内压升到了27.58 量值可知，实验端管体紧密距为3.11mm,接箍 MPa,超出API SPEC5CT规定的20.685MPa而 400 (a)实验端环向应力 手紧位置 200b)实羧端轴向应万 上紧1圈 300 150 上紧2圈 上紧3圈 100 200 50 100 0 -50 曲线条件同(a) -100 0 20406080100120 0 20 40 6080 100 /mm V/mm 5(©)工厂端环向应力 (工厂端轴向应力 0 edW/o -5 -10 -15 -1 -20 曲线条件同(a) -2 -25L 曲线条件同(a) 01020304050607080 0102030 4050607080 l/mm 1/mm 图2上扣工况应力场分布图 Fig.2 The stress distribution when assebled

北 京 科 技 大 学 学 报 ￾￾￾年 第 ￾期 ￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾口 ￾￾ ￾￾们以￾口 ￾扣￾幻口 ￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾口￾￾ 实验端 工 厂端 圈 ￾ 样本应变片布￾示愈图 ￾馆 · ￾￾￾￾ ￾肠￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾恤 ￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾ 实验结果 与分析 ￾￾ 上扣工况应 力场分布与结果分析 图 ￾表示上扣工 况 时 的接箍外表面环 向应 力和 轴 向应力 的应 力场 分布 ， 图 中为研究 点距 接箍部距离 ￾ 在实验端 ， 最大环 向应力距接箍端 部距 离为 ￾ ￾￾￾￾￾￾， 大致在第 ￾齿 之 间 ￾最大轴 向 应力距接箍端部距 离为 ￾ ￾ ， 大致在第 ￾齿 上 ， 这与实际 使用情况 以及有 限元理 论计算 结 果相 吻 合 ， 即 套管在接箍端部 第 ￾齿 容 易 发生 粘扣 ￾ 从应力大小看 出 ， 实验端上扣对接箍工厂 端外表面应力影 响 不大 ￾ 同 时还测量 了上扣 ￾ ， ￾ ， ￾ 圈时 上 紧扭矩 的变化 大 小 ， 其 值分 别 为 ￾￾￾ ￾ ￾￾ ，￾￾￾￾ ￾ ￾￾和 ￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾ · ￾ ， 终值小于 ￾￾￾￾ ￾￾￾中规 定 的最大值 ￾￾ ￾ ￾ ￾ · ￾ ￾ 从 紧密 距测 量值可知 ， 实验端 管体紧 密距 为 ￾ ￾ ￾ ￾。幻￾， 接箍 紧密距 为 ￾￾￾ ￾ ， 形象地说属 于 大脑袋 带小 帽子 ￾ 这样 的紧密距相 互 配合 ， 在基本机紧条件 下 ， 会 产 生外露扣 ￾ 事 实上通过测 量 ， 上 紧后外 露扣长度为 ￾￾￾￾幻。， 如果不产 生外 露扣 ， 势必 使 得扭矩 增大 ， 因 此 ， 优选紧密 距 范 围 ， 对控制上 扣操作 时外 露扣和 扭矩 ￾个参数至 关重 要 ￾ ￾￾ 内压工况应 力场分布与结果分析 图 ￾是 上扣 后 加 内压载荷 时 ， 接 箍外 壁 的 应力场变化情况 ￾ 由图可 以看 出 ￾ 内压使环 向应 力和轴 向应力都增 加 ￾对于 实验端 ， 距接箍端部 ￾ ￾￾￾￾左右 有一 点轴 向应力不变 ￾在 工 厂端 ， 距 接箍端部 ￾一￾ ￾之 间轴 向应力增 加缓慢 ￾ 由 于上扣对工厂 端应力影 响较小 ， 因此 ， 内压作用 下对工厂端应力场可近似看作只 有 内压 工 况 时 接箍 的应力分布 ￾ 在 实验 中 ， 内压升 到 了 ￾ ￾ ￾ ￾￾￾， 超 出 ￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾ 规 定 的 ￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ 而 ￾￾￾八︸甘￾︸ ￾气‘，￾‘ ￾￾︸六咤甘￾ ﹄￾署考 手紧位置 圈 一￾ 一 ￾￾￾ ︸￾￾甘﹁ ￾八 ￾︵ ￾︸￾峙￾，‘内月，￾ ﹄￾连君 ￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾ 刀￾￾ ￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾￾ 刀￾￾ ￾￾衣，下至￾蠕环而西丙 招 ￾￾ 署﹄矛 ￾︸凡‘内，几、 曲线条件同 ￾ ￾￾ ￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ 刀￾￾ 刀￾￾ 图 ￾ 上扣工况应 力场分布图 ￾啥 ·￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾

Vol22 No.6 王琍等：API圆螺纹套管接头应力场分布实验 ·557· 500 (a)实验端环向应力 300 b)实验端轴向应力 400 240 曲线条件同(a) 180 300 加压之前 200 压力=6.895MPa EdW/"o 60 压力=13.790MPa 100 ★一压力=20.685MPa 0 一压力=27.580MPa 60 0 20 40 60 % 100 120 0 20 40 60 80 100 l/mm [/mm 120 (c)工厂端环向应力 120 (工厂端轴向应力 曲线条件同(a) 30 曲线条件同(a) 80 40 40 010 20304050607080 01020304050607080 1/mm (/mm 图3内压载荷应力分布 Fig.3 The stress distribution under internal pressure 不泄漏，说明在过盈配合和螺纹脂共同作用下， 应力，有一个分界点，大约距接箍端部l8mm, 套管有较强的抗流体密封能力. 在分界点两边应力变化相反：轴向应力在距接 2.3拉伸工况应力场分布与结果分析 箍端18mm左右也是一个应力峰值点.在工厂 图4是拉伸载荷工况情况.对于接箍环向 端，距接箍端28mm左右环向应力和轴向应力 350 (a)实验端环向应力 300 b)实验端轴向应力 250 200 150 拉伸之前 100 拉力=311.36kN 拉力=533.76kN % 拉力=756.16kN 0 拉力=978.56kN 50 拉力=120096kN -100 曲线条件同(a) 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 6080100 120 l/mm 30 (c) 工端环向应力 240 (d)工厂端轴向应力 0 160 80 60 0 -80 -120 曲线条件同(a) -160 -150 曲线条件同(a) 0 20 40 60 电 0 9 40 60 80 1/mm l/mm 图4拉伸载荷应力分布 Fig.4 The stress distribution under axial tension

、乞】￾￾ ￾￾ ￾￾ 王刑等 ￾ ￾￾￾圆螺纹套管接头应力场 分布 实验 ￾ ￾￾， ￾ ￾￾ 实验端环向应力 ￾￾￾ ￾￾￾ ￾ 实验端轴向应二 曲线条件同￾ ︸，￾洲一一︸ ￾￾￾一︸ 署﹄讨者 戈￾ ︸￾ 凡︶、 、之芝咨 ￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾ 一￾￾￾洲产 山￾署考 ￾￾￾ ￾凡︸ ￾￾︸ ￾ 、￾芝￾‘ 一￾匕￾￾￾￾￾占一一一一一曰‘一一一一一一 一一一习 一￾ ￾ … ￾ ￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ 刀￾￾ ￾由￾ 图 ￾ 内压载荷应 力分布 ￾￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾ 不泄漏 ， 说 明在过盈配合和 螺纹脂共 同作用下 ， 应力 ， 有一个分 界 点 ， 大 约距接箍端 部 ￾ ￾ ， 套管有较强 的抗流体密 封 能力 ￾ 在分界 点两 边应力变化相 反 ￾ 轴 向应力在距接 ￾￾ 拉伸工况应 力场分布与结果分析 箍端 ￾ ￾ 左右 也 是一个应力 峰值 点 ￾ 在工 厂 图 ￾ 是 拉伸载荷工 况情况 ￾ 对 于 接箍环 向 端 ， 距 接箍端 ￾ ￾￾￾。 左右 环 向应 力和 轴 向应力 ￾￾￾ 实验端环 向应力 一￾ ’￾ 尸岁 ” 向长 馨￾乃寡￾ ￾￾︸ ， ‘，￾三 勺曰、︸﹃ 山￾奢君 一 ￾￾￾ ￾￾￾ 曲线条件同 ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾ 刀￾￾ 助￾￾ 工厂端环 向应力 丽￾ 工厂端轴向应力 ￾ ￾ ﹄￾ 连山￾君 署考 一￾ 一￾￾￾ 曲线条件同￾ ￾︶￾ ︸ ￾内 ￾￾￾￾︸︸ ￾‘，以戈 ￾￾ ￾￾ 刀由￾ 曲线条件同￾ ￾￾ ￾￾ 刀￾￾￾ ￾￾ ￾￾ 图 ￾ 拉伸载荷应 力分布 ￾￾ · ￾ ￾￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾对￾￾￾￾￾￾￾￾￾

·558· 北京科技大学学报 2000年第6期 都是峰值点.拉伸实验最后进行到套管发生滑 露扣情况下，内压升到超出了API规定值33.3% 脱，滑脱部位在实验端，滑脱力为1400.23kN,超 而不泄漏，说明3圈机紧过盈和螺纹脂共同作用 过API BUL5C2规定1098.656kN值的27.4%. 有较强的抗流体密封能力，环向应力的平稳增 滑脱发生在实验端是由于该样品工厂端无外露 加，也说明了流体没有进入螺纹部位， 扣，这样工厂端啮合螺纹长度大于实验端.同 (③)从拉伸应力场分布的大小可以得出接箍 时，通过观察滑脱后样品发现，滑脱开始位置是 端部第一齿的接触压力最大，解释了实际使用 在接箍端第1扣，即距接箍端部18mm左右附 中滑脱从接箍端部第1齿附近开始的原因， 近，与实验所得的该处表面等效应力最大相吻 (4)实验结果对套管生产厂和油田用户全 合，也进一步解释了滑脱从接箍端部第1齿附 面了解套管接头的性能有参考价值.同时，对理 近开始的原因. 论工作者深一步的理论分析和数值模拟研究提 供了实验数据. 3结论 参考文献 全尺寸套管接头性能实物实验是模仿套管】American Petroleum Institute.API STD 5B Specification 在油田现场使用而对套管进行的重要研究方 for Threading,Casing,and Thread Inspection of Casing, 法.通过接头部位应力场以及上扣扭矩和滑脱 Tubing,and Line Pipe Threads.Fourteenth Edition.USA: APL,1996 拉伸力的测试和分析，得出了以下结论： 2 American Petroleum Institute.API RP 5C1 Recommend- (1)从图2可知，上扣使得套管接头应力分 ed Practice for Care and Use of Casing and Tubing.Si- 布不均匀，将造成接头螺纹端部应力增大.为了 xteenth Edition.USA:API,1988 适应油田上扣到无外露扣的要求，而且使上扣 3 American Petroleum Institute.API SPEC 5CT Specifica- 扭矩在规定的范围之内，控制公、母螺纹的紧密 tion for Casing and Tubing.Sixth Edition.USA:API,1998 距范围是一项重要措施， 4 American Petroleum Institute.API BUL 5C2 Bulletin on (2)由实验知，在上紧3圈且有2.5mm的外 Performance Properties of Casing Tubing and Drill Pipe. Twentieth Edition.USA:API,1987 Experimental Research of Stress Field Distribution on API Round Thread Casing Connection WANG Li,ZHANG Ruxin,ZOU Jia-xiang",ZANG Yong 1)Steel Tube Branch Co,Shanghai Baosteel Group Corporation,Shanghai 201900,China 2)Mechanical Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The distribution of the stress in casing connection,the value of make-up torque and thread off load are studied when the casing connection is assembled or loaded with internal pressure and axial tension, which are very important for gluing,leakage and thread off failure analysis.The comprehensive experimental research on casing connection is completed by advanced full-scale experimental at present,and the experimen- tal result is analyzed.The cognitive level is raised by results of experiment and analysis for mechanical pro- perties of casing connection,and the useful data are provided for the further research in theory. KEY WORDS casing connection;experimental research;API round thread;stress distribution

北 京 科 技 大 学 学 报 ￾￾￾￾年 第 ￾期 都是 峰值 点 ￾ 拉伸 实验 最后 进行 到套管发 生滑 脱 ， 滑脱部位在实验端 ， 滑 脱力为 ￾￾￾￾咖 ， 超 过 ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾规 定 ￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾咖 值 的 ￾￾ ￾ ￾￾ ￾ 滑脱发生在实验端是 由于该样 品工 厂 端无外露 扣 ， 这样工 厂 端 啮合 螺纹长度 大 于 实验端 ￾ 同 时 ， 通过观察滑脱后样 品发现 ， 滑脱开始位置是 在接箍端第 ￾扣 ， 即距接箍端部 ￾ ￾ 左右 附 近 ， 与实验所得 的该处 表面等效应力最 大相 吻 合 ， 也 进一 步解释 了滑 脱从接箍端 部第 ￾齿 附 近 开 始 的原 因 ￾ ￾ 结论 全尺寸套管接头性 能实物实验 是模仿套管 在 油 田 现 场 使 用 而 对 套 管进 行 的 重 要 研 究方 法 ￾ 通过接头部位应力场 以及 上 扣扭矩和 滑 脱 拉伸 力 的测 试和 分析 ， 得 出 了 以下 结论 ￾ ￾ 从 图 ￾可 知 ， 上 扣 使得套管接头应 力 分 布不 均匀 ， 将造成接头螺纹端部应力增大 ￾ 为 了 适应 油 田 上 扣 到无外露扣 的要 求 ， 而 且 使上扣 扭矩在规 定 的范 围之 内 ， 控制 公 、 母螺纹 的紧密 距 范 围是一 项 重要措施 ￾ ￾￾由实验知 ， 在上紧 ￾圈且 有 ￾￾￾￾￾￾ 的外 露扣 情况下 ， 内压 升 到超 出 了 ￾￾￾规 定值 ￾ ￾ ￾￾ 而不 泄漏 ，说 明 ￾圈机紧过盈 和螺纹脂共 同作用 有较强 的抗流体密封 能力 ￾ 环 向应 力 的平稳增 加 ， 也 说 明 了流体没 有进入 螺纹部位 ￾ ￾￾从拉伸应 力场分布 的大小可 以得 出接箍 端部第 一 齿 的接触压 力最大 ， 解释 了实际使用 中滑 脱 从 接 箍端 部第 ￾齿 附近 开 始 的原 因 ￾ ￾￾ 实验 结 果对 套管生 产 厂 和 油 田 用 户全 面 了解套管接头 的性能有参考价值 ￾ 同 时 ， 对理 论工 作者深一 步 的理论分析和 数值模拟研究提 供 了 实验数据 ￾ 参 考 文 献 ￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾ 侧肚￾￾￾￾ ， ￾￾￾￾ ， 朗￾了￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ， ￾￾￾￾￾￾ ， 叨￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾ ， ￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾切叮 ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ， ￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾以 ￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ，￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾口 ￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾’￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ，￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ 恻刃￾ ￾￾， ￾月￾￾￾ ￾￾￾￾， ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾扩￾， ￾￾￾ ￾心 ， ￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ， ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾耳沁￾￾￾￾ ， ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ，￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ， ￾￾￾ ￾￾￾￾ ， ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ，￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾， ￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾一￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾廿￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ， ￾￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾比切￾￾ ￾￾￾￾ ， ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ 一 ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ， 曲￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾ ￾ ￾￾酗￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾妙 ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾ 丘川￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾