一种石油专用管超弹性应变密封新技术

王新虎 吕永鹏 王建东 王 鹏 潘宝昌

1. “石油管材及装备材料服役行为与结构安全”国家重点实验室 2.中国石油集团工程材料研究院有限公司3. 西安石油大学 4. 宝鸡石油钢管有限责任公司

0 引言

我国很多高温高压天然气井在井筒环空带压情况下生产，管柱螺纹泄漏是原因之一，例如在塔里木油田，使用国内外多种特殊螺纹油管，井筒密封性仍然无法保障，说明现用特殊螺纹接头很难确保油井的密封完整性[1-3]。因此，深入研究石油专用管密封机理，发展密封新方法，才可能进一步提高石油专用管接头的密封性能。

1 基本理论

石油专用管接头最常用的密封技术是金属对金属径向接触密封，一般采用接触压应力设计法进行设计，保证在密封面上形成足够及合理的压应力分布[4-6]，显然密封面必须保持足够光滑才能确保密封性。但因制造技术限制，所以密封面直径、粗糙度、不圆度很可能超过偏差，而且无法排除个别管子出现较大缺陷[7]。所以即使密封接触压力符合设计要求，仍然可能存在小的泄漏通道[8-9]。

在油套管下井过程中，即使接头连接上扣扭矩曲线很完美，但管柱在遇阻时的多次上提下放和旋转以及在生产过程中高压气流导致的管柱振动等因素都可能导致螺纹松动，发生泄漏。

针对只依靠应力设计不能避免管柱接头密封面出现泄漏通道[10]的问题，笔者提出将弹性应变设计作为压应力设计方法的补充[11-13]，即密封面的弹性应变量应大于已经存在或将来可能出现的泄漏通道，可以表达为：