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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。關于蒸汽輔助重力泄油技術的相關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，當接頭的材料已經(jīng)應力松弛時，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)構設計與優(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的最小扭矩能達到這種效果，所以有限元計算采用最小扭矩進行分析。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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