유정 및 가스정용 케이싱을 선택할 때 중요한 기술 원칙은 고강도 케이싱이 특수 스레드 연결과 쌍을 이루어야 하며 일반 API 스레드를 사용할 수 없다는 것입니다. 이 원칙은 명확한 물질적, 기계적 이유에 기초합니다.
1. 고강도-재료 특성의 한계
고강도 케이싱(예: P110, Q125){0}}의 주요 장점은 높은 항복 강도로 깊은 우물의 엄청난 장력을 견딜 수 있다는 것입니다. 그러나 이러한 재료에는 두 가지 고유한 특성이 있습니다.
- 재료의 인성이 상대적으로 낮습니다.
재료의 강도와 인성은 종종 서로 상충됩니다. 고강도강은-항복강도를 높이면 파괴인성은 감소합니다. 이는 결함 및 응력 집중에 대한 재료의 내성이 감소함을 의미합니다.
- 가공경화 경향이 상당함
고강도 강철은 응력과 변형을 받으면 더 빨리 경화됩니다. 국부적으로 소성변형이 발생하면 미세한 균열이 발생하기 매우 쉽습니다.-
2. 일반 스레드의 구조적 결함
API 표준 스레드(예: LTC, BTC)의 설계에는 몇 가지 주요 문제가 있습니다.
- 스트레스 분포가 고르지 않음
나사산 연결을 할 때 하중은 주로 숄더에 가장 가까운 2-3개의 나사산에 집중됩니다. 유한 요소 분석에 따르면 이러한 위치의 응력은 평균 값의 3~5배에 도달할 수 있습니다.
- 스레드의 뿌리에 응력 집중이 존재합니다.
나사 톱니 하단에 있는 작은 원호 반경은 자연적인 응력 집중 지점을 형성합니다. 인장 하중 하에서 이 지점의 실제 응력은 계산된 평균 응력보다 훨씬 높습니다.
3. 둘 사이의 불일치 문제
고강도-재료가 일반 실과 만나면 세 가지 수준의 문제가 발생합니다.
- 재료 속성 충돌
고강도-재료는 국부적인 응력 증가에 매우 민감하며 일반 스레드는 국부적인 영역에서 매우 높은 응력 피크를 정확하게 생성합니다. '민감한 재료'와 '응력 집중 구조'의 조합은 조기 고장을 일으키기 매우 쉽습니다.
- 소성 변형은 제어할 수 없습니다.
예압과 작업 하중의 작용으로 나사산 접촉 영역에서 소성 변형이 발생합니다. 토크 숄더가 없기 때문에 일반 나사산의 소성 변형 정도와 위치를 제어하기 어렵고 이로 인해 다음과 같은 문제가 쉽게 발생할 수 있습니다.
씰 표면이 손상되었습니다.
실 형태가 뭉개져
클램핑력 손실
- 균열 전파 위험
고강도-재료는 균열 전파에 대한 저항력이 낮습니다. 스레드의 루트에서 균열이 시작되면 빠르게 전파되며 일반 스레드의 설계로는 이러한 전파를 억제할 수 없습니다.
4. 특수나사 솔루션
- 나사산 치형 개선
사다리꼴 또는 후크{0}} 모양의 톱니 디자인을 채택하여 베어링 면적을 늘려 하중 분포를 더욱 균일하게 만듭니다.
- 금속{0}}대-금속 씰링 설정
씰링 기능을 위해 스레드 맞물림에 의존하지 않도록 스레드 외부에 독립적인 씰링 구조를 설정하십시오.
- 토크 숄더 증가
나사산 영역의 소성 변형 범위를 제한하기 위해 정확한 토크 제어 지점을 제공합니다.
- 응력 분포 최적화
유한 요소 분석을 통해 스레드 매개변수를 최적화하여 국부적 응력 피크를 줄입니다.
5. 선정 제안
위의 분석을 바탕으로 다음과 같은 상황에서는 특수 스레드를 사용해야 합니다.
- 강철 등급 P110 이상의 모든 케이싱
- 깊이가 3000미터를 초과하는 유정 및 가스정
- 부식성 매체(H2S, CO2)가 포함된 우물
- 장기간 밀봉이 필요한 고압-가스정-
- 복잡한 스트레스 조건이 있는 영역
6. 결론
일반 스레드와 함께 초강력 케이스를 사용하시나요? 큰 문제입니다. 재료의 강도와 부러지기 쉬운 정도는 응력에 집중하고 쉽게 휘어지는 표준 스레드와 잘 섞이지 않습니다. 화려한 실은 모양을 바꾸어 이 문제를 해결하므로 튼튼한 물건을 사용해도 안전합니다.
이는 단지 현금을 절약하는 것만이 아닙니다. 그것은 물건과 모양이 작동하는 방식 때문에 일어나야 하는 일입니다. 이걸 엉망으로 만드나요? 계속해서 실행하려면 더 많은 비용을 지불해야 하지만 이는 안전을 위해 중요합니다. 실제 물건을 만들 때는 이 규칙을 따르세요.
