微观泄漏机理在非API套管接头密封性能评估中的应用

作     者：许志倩 闫相祯 杨秀娟 殷晓康 王明达 郑晓云 Xu Zhiqian;Yan Xiangzhen;Yang Xiujuan;Yin Xiaokang;Wang Mingda;Zheng Xiaoyun

作者机构：中国石油大学机电工程学院山东青岛266580 中国石油大学油气CAE技术研究中心山东青岛266580 中国石油大学储运与建筑工程院山东青岛266580 

出 版 物：《石油学报》 (Acta Petrolei Sinica)

年 卷 期：2014年第35卷第5期

页      面：963-971页

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

基　　金：国家自然科学基金青年科学基金项目(No.51105381 No.51205412 No.51204203) 山东省优秀中青年科学家科研奖励基金项目(BS2012ZZ012) 中国石油天然气集团公司重点实验室基础研究课题(2011A-4208) 中央高校基本科研业务费专项资金项目(l4CX02075A)资助 

主　　题：套管接头 密封性能 泄漏率 表面粗糙度 非API 密封结构 加工精度 

摘      要：将微观泄漏机理引入非API套管接头密封性能研究,旨在建立表面粗糙度和密封结构加工参数与微观气体泄漏率之间的函数映射关系。通过Monte Carlo随机正态分布抽样公式结合密封表面粗糙度加工参数,模拟得到服从正态分布和预设表面粗糙度值的粗糙表面轮廓曲线,依据不同样本容量和表面粗糙度下平均峰角、平均峰高和三角峰数目/样本容量等轮廓曲线形貌特征统计数据,分析得到模拟曲线几何共性特征。结合弹塑性力学接触理论和计算得到的粗糙表面几何形貌参数,建立具有几何共性特征的高硬度管体层锥体压入低硬度软金属镀层平面简化泄漏模型,将气体泄漏看作不可压缩稳定层流,推导出含有密封面微观几何形貌特征(平均峰角和平均峰高)的气泄漏率计算公式。将与套管接头主密封结构重要加工参数相关的总密封预紧压力代入微观气体泄漏率计算公式,得到适用于非API套管接头密封性能定量评估计算方法。泄漏率实例计算结果表明,不同表面粗糙度对应气体泄漏率相差一个数量级,且加工精度等级越高相差越明显。非API套管接头密封设计和性能评估必须考虑金属机加工表面粗糙度。