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蒸汽輔助重力泄油（SteamAssistedGravityDrainage），是一種將蒸汽從位于油藏底部附近的水平生產(chǎn)井上方的直井或水平井注入油藏，加熱后的原油和蒸汽冷凝液從油藏底部的水平井產(chǎn)出的采油方法；具有采油能力和油汽比高，最終采收率好，以及降低井間干擾，避免過早井間竄通的優(yōu)點。蒸汽輔助重力泄油技術(shù)對油套管接頭的密封性能有很高的要求，必須使用特殊螺紋接頭。關(guān)于蒸汽輔助重力泄油技術(shù)的相關(guān)試驗是考驗特殊螺紋接頭在多次熱循環(huán)及內(nèi)壓的作用下，當(dāng)接頭的材料已經(jīng)應(yīng)力松弛時，是否泄漏失效的試驗。該試驗難度比較大，大規(guī)模的實物試驗需要花費大量的時間和財力。結(jié)合實物試驗與理論分析，通過有限元分析計算的方法模擬接頭在蒸汽輔助重力泄油試驗下應(yīng)力松弛后的密封性能能夠節(jié)省大量的時間，有利于特殊螺紋接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化。熱采井用套管接頭評價規(guī)范（Thermal Well Casing Connection Evaluation Protool）用于評價蒸汽輔助重力泄油井用套管接頭。在熱采井用套管接頭評價規(guī)范中，對有限元分析有相應(yīng)的要求。本文基于熱采井用套管接頭評價規(guī)范，建立蒸汽輔助重力泄油有限元分析的方法和模型，為蒸汽輔助重力泄油評價試驗和特殊螺紋的開發(fā)提供輔助。
普通套管接頭螺紋連接依靠齒間干涉和螺紋脂密封，但在熱采井高溫和內(nèi)壓這種熱力耦合的作用下，螺紋脂密封失效，在熱膨脹效應(yīng)的作用下，套管接頭齒間干涉密封能力降低。因此，熱采井必須采用特殊螺紋連接。對特殊螺紋A和B進(jìn)行了蒸汽輔助重力泄油的有限元分析，鋼級為L80，規(guī)格為Φ244.48mm×10.03mm。
根據(jù)熱采井用套管接頭評價規(guī)范的前期計算可以得到兩種螺紋類型A和B的最不利于的過盈情況都是：螺紋高過盈（H）、密封低過盈（L）、外螺紋錐度最緩（PS：PinSlow）、內(nèi)螺紋錐度最陡（BF：BoxFast），即HL-PS/BF情況。以下的有限元分析都是基于HL-PS/BF過盈情況得到的。
在熱采井用套管接頭評價試驗中，要確保外端的自由端的軸向位移為0mm，因此在接箍中面和管端施加軸向位移約束。
根據(jù)熱采井用套管接頭評價規(guī)范，螺紋連接要采用對密封面接觸壓力最小的扭矩，根據(jù)螺紋類型特點，螺紋類型A和B的最小扭矩能達(dá)到這種效果，所以有限元計算采用最小扭矩進(jìn)行分析。在臺肩接觸后，軸向過盈0.1mm。內(nèi)外螺紋間的摩擦因數(shù)取0.02。
熱采井用套管接頭評價定義的服役等級有4個：ASL-240、ASL-290、ASL-325、ASL-350。ASL是應(yīng)用苛刻等級（ApplicationSeverityLevel），ASL后面的數(shù)字表示施加的溫度載荷，每個等級都有對應(yīng)的內(nèi)壓載荷，具體見表3。其中，ASL-350是最苛刻的等級，能夠通過該等級試驗的接頭可以用于所有的蒸汽輔助重力泄油井況，所以有限元計算的是ASL-350等級。
在有限元計算中，對管體施加內(nèi)壓載荷和溫度載荷。根據(jù)熱采井用套管接頭評價規(guī)范，實物試驗需要進(jìn)行10個熱循環(huán)，而有限元分析只需要計算1個熱循環(huán)過程。該過程共有5個載荷步：載荷步1是上扣；載荷步2是在室溫下加載內(nèi)壓16.5MPa；載荷步3是保持內(nèi)壓載荷16.5MPa，升溫至350℃；載荷步4是內(nèi)壓卸載到0MPa，保持350℃；載荷步5是溫度降低到室溫，無內(nèi)壓載荷。熱采井用套管接頭評價加載過程見表4，加載內(nèi)壓及溫度變化如圖1所示。內(nèi)壓載荷施加到管體和接箍的內(nèi)徑，并且忽略扭矩臺肩對密封的有利影響，對密封面施加滲透壓力。施加位置在密封面與臺肩過渡的倒圓角上。
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