蒸汽辅助重力泄油（SteamAssistedGravityDrainage），是一种将蒸汽从位于油藏底部附近的水平生产井上方的直井或水平井注入油藏，加热后的原油和蒸汽冷凝液从油藏底部的水平井产出的采油方法；具有采油能力和油汽比高，最终采收率好，以及降低井间干扰，避免过早井间窜通的优点。蒸汽辅助重力泄油技术对油套管接头的密封性能有很高的要求，必须使用特殊螺纹接头。关于蒸汽辅助重力泄油技术的相关试验是考验特殊螺纹接头在多次热循环及内压的作用下，当接头的材料已经应力松弛时，是否泄漏失效的试验。该试验难度比较大，大规模的实物试验需要花费大量的时间和财力。结合实物试验与理论分析，通过有限元分析计算的方法模拟接头在蒸汽辅助重力泄油试验下应力松弛后的密封性能能够节省大量的时间，有利于特殊螺纹接头的结构设计与优化。热采井用套管接头评价规范（Thermal Well Casing Connection Evaluation Protool）用于评价蒸汽辅助重力泄油井用套管接头。在热采井用套管接头评价规范中，对有限元分析有相应的要求。本文基于热采井用套管接头评价规范，建立蒸汽辅助重力泄油有限元分析的方法和模型，为蒸汽辅助重力泄油评价试验和特殊螺纹的开发提供辅助。
      普通套管接头螺纹连接依靠齿间干涉和螺纹脂密封，但在热采井高温和内压这种热力耦合的作用下，螺纹脂密封失效，在热膨胀效应的作用下，套管接头齿间干涉密封能力降低。因此，热采井必须采用特殊螺纹连接。对特殊螺纹A和B进行了蒸汽辅助重力泄油的有限元分析，钢级为L80，规格为Φ244.48mm×10.03mm。
      根据热采井用套管接头评价规范的前期计算可以得到两种螺纹类型A和B的最不利于的过盈情况都是：螺纹高过盈（H）、密封低过盈（L）、外螺纹锥度最缓（PS：PinSlow）、内螺纹锥度最陡（BF：BoxFast），即HL-PS/BF情况。以下的有限元分析都是基于HL-PS/BF过盈情况得到的。
      在热采井用套管接头评价试验中，要确保外端的自由端的轴向位移为0mm，因此在接箍中面和管端施加轴向位移约束。
      根据热采井用套管接头评价规范，螺纹连接要采用对密封面接触压力最小的扭矩，根据螺纹类型特点，螺纹类型A和B的最小扭矩能达到这种效果，所以有限元计算采用最小扭矩进行分析。在台肩接触后，轴向过盈0.1mm。内外螺纹间的摩擦因数取0.02。
      热采井用套管接头评价定义的服役等级有4个：ASL-240、ASL-290、ASL-325、ASL-350。ASL是应用苛刻等级（ApplicationSeverityLevel），ASL后面的数字表示施加的温度载荷，每个等级都有对应的内压载荷，具体见表3。其中，ASL-350是最苛刻的等级，能够通过该等级试验的接头可以用于所有的蒸汽辅助重力泄油井况，所以有限元计算的是ASL-350等级。
      在有限元计算中，对管体施加内压载荷和温度载荷。根据热采井用套管接头评价规范，实物试验需要进行10个热循环，而有限元分析只需要计算1个热循环过程。该过程共有5个载荷步：载荷步1是上扣；载荷步2是在室温下加载内压16.5MPa；载荷步3是保持内压载荷16.5MPa，升温至350℃；载荷步4是内压卸载到0MPa，保持350℃；载荷步5是温度降低到室温，无内压载荷。热采井用套管接头评价加载过程见表4，加载内压及温度变化如图1所示。内压载荷施加到管体和接箍的内径，并且忽略扭矩台肩对密封的有利影响，对密封面施加渗透压力。施加位置在密封面与台肩过渡的倒圆角上。

                                                                                专业从事机械产品设计│有限元分析│CAE分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.nataid.com，转载请注明出处和相关链接！