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在2002 年 以 前， 鉆完井作業(yè)使用的套管接頭和油管接頭均由生產(chǎn)商自己檢驗(yàn)，每個(gè)生產(chǎn)商的儀器和測(cè)量程序都不盡相同。由于缺少統(tǒng)一的參考標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)接頭的質(zhì)量、安全和可靠性無法進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)。接頭檢測(cè)流程為了縮小實(shí)驗(yàn)環(huán)境與實(shí)際井況之間的差距，生產(chǎn)商對(duì)油氣井的設(shè)計(jì)和鉆完井投產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行深入了解。
 
利用這些信息資料，開發(fā)了一種新的接頭檢測(cè)檢驗(yàn)流程，充分模擬鉆井和完井中經(jīng)歷的異常條件，以測(cè)試頁巖氣井的接頭應(yīng)用情況。新測(cè)試程序需要多個(gè)樣品，它們經(jīng)歷了模擬真實(shí)工況的五個(gè)步驟。采用 API 和 ISO 協(xié)議相同的方式， 將樣品加工到極限公差，檢測(cè)加工余量的極值，從而得到樣品破壞的極限情況。發(fā)現(xiàn)一些存在過盈公差的樣品，上扣時(shí)的磨損和損壞風(fēng)險(xiǎn)增加。
 
上扣可靠性：樣本模擬了直井條件下，接頭在鉆臺(tái)上經(jīng)過的完整上卸扣過程，必須經(jīng)歷多次上卸扣，不發(fā)生粘扣、滑絲等現(xiàn)象。密封和螺紋端面連接最容易發(fā)生磨損，尤其是使用最小推薦值的螺紋脂和最大扭矩會(huì)加劇這種情況的發(fā)生。每個(gè)接頭樣本上扣后再卸扣兩次，卸扣后檢查是否有磨損。定向井旋轉(zhuǎn)下套管：疲勞是由周期性加載引起的，并導(dǎo)致金相結(jié)構(gòu)的逐漸退化，最終導(dǎo)致鋼的晶粒結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生小裂縫并逐漸擴(kuò)大，最終導(dǎo)致失效。
 
疲勞損壞是頁巖氣井生產(chǎn)套管失效的關(guān)鍵因素，套管在通過彎曲井眼時(shí)，在接頭連接處產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，如果鉆遇疏松地層，會(huì)產(chǎn)生“大肚子”等不規(guī)則井眼，導(dǎo)致接頭受力情況更加復(fù)雜。為了提高固井質(zhì)量，在深井通常采用旋轉(zhuǎn)尾管固井方式，旋轉(zhuǎn)過程導(dǎo)致整個(gè)鉆柱在井筒內(nèi)振蕩，與井壁發(fā)生碰撞摩擦，其中接頭是承受破壞的最關(guān)鍵部分，當(dāng)套管下至深部井段并且與旋轉(zhuǎn)相結(jié)合時(shí)，疲勞損壞的機(jī)理更加復(fù)雜化。
 
在實(shí)驗(yàn)室通過共振疲勞機(jī)對(duì)接頭連接部分施加應(yīng)力來模擬測(cè)試受力，導(dǎo)致接頭處彎曲達(dá) 25° /100 英尺，而且這種應(yīng)力呈周期性變化。對(duì)接頭樣品施加 5 天 200 萬次循環(huán)載荷直至失效，以評(píng)估接頭的疲勞壽命并生成應(yīng)力 - 壽命（S-N）曲線。對(duì)其他試樣進(jìn)行 50 萬次疲勞循環(huán)，然后進(jìn)行下一階段的密封性測(cè)試，以確保接頭的連接性能符合額定要求。螺紋脂降解影響評(píng)價(jià)：螺紋脂質(zhì)量對(duì)應(yīng)用廣泛的半過盈配合接頭至關(guān)重要。半過盈配合接頭依賴于螺紋之間的密封來保持壓力而不是金屬對(duì)金屬密封，如果螺紋脂未涂抹均勻， 或過早老化，會(huì)導(dǎo)致過早發(fā)生密封失效。
 
氣體將在螺紋脂中產(chǎn)生氣泡，并且在測(cè)試的密封性部分中將被檢測(cè)為發(fā)生泄漏。技術(shù)人員將樣品置于高達(dá) 300 ℉的溫度 24 小時(shí)，這種高溫條件會(huì)使螺紋脂隨著時(shí)間推移而降解。壓裂對(duì)套管強(qiáng)度的影響：由于頁巖儲(chǔ)層具有低孔、低滲、致密的特點(diǎn)，自然產(chǎn)能極低，壓裂形成裂縫的寬度、數(shù)量是決定產(chǎn)量高低的關(guān)鍵因素，因此往往需要通過對(duì)儲(chǔ)層的大排量、 高泵壓、大規(guī)模壓裂來獲得產(chǎn)能，對(duì)套管的強(qiáng)度提出了更高要求。頁巖氣水平井壓裂需要分為幾段甚至幾十段進(jìn)行，套管反復(fù)承受內(nèi)部高壓 - 卸壓的循環(huán)作用，導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，尤其是全角變化率較大的井段。
 
由于現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)未考慮頁巖氣井壓裂這種工況，因此設(shè)計(jì)了一系列的壓力檢測(cè)項(xiàng)目來模擬整個(gè)壓裂過程對(duì)套管的影響。測(cè)試壓力最高達(dá)到套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度的100%，穩(wěn)壓 30 分鐘檢測(cè)接頭是否泄漏，重復(fù)進(jìn)行 50 個(gè)循環(huán)周的試驗(yàn)，每個(gè)循環(huán)周結(jié)束時(shí)卸壓，再重新加壓，套管在承受內(nèi)壓力時(shí)產(chǎn)生的軸向應(yīng)力同樣進(jìn)行了檢測(cè)。通過在接頭的關(guān)鍵區(qū)域放置多個(gè)應(yīng)變傳感器來監(jiān)控在整個(gè)疲勞實(shí)驗(yàn)階段材料的完整性，監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)這些關(guān)鍵區(qū)域的變形和整體環(huán)向應(yīng)力，隨著疲勞程度增加而增加。
 
生產(chǎn)工況模擬：通過疲勞應(yīng)力實(shí)驗(yàn)之后，再按照 API 5C5/ISO 13679 標(biāo) 準(zhǔn) 對(duì) 接 頭 進(jìn) 行 生產(chǎn)工況的模擬檢測(cè)，確保全生命周期的套管完整性。對(duì)樣品施加不同的軸向載荷和彎曲載荷，模擬套管接頭在極端工況下的受力情況，首先在環(huán)境溫度下進(jìn)行，然 后 在 275 ℉ 條 件 將 接 頭 彎 曲30° ，然后保持 30°彎曲在環(huán)境溫度下繼續(xù)測(cè)試?？紤]頁巖氣產(chǎn)出以氣體為主，純液體冷凝物極少，這些密封性測(cè)試均是以氣體作為介質(zhì)來完成的，以確保接頭連接處的密封性。
 
采用陶瓷或感應(yīng)加熱器提升樣品的溫度，同時(shí)進(jìn)行密封性測(cè)試以模擬井下工況條件，不斷增大施加的載荷，直至樣品發(fā)生疲勞破壞。優(yōu)化套管接頭設(shè)計(jì)檢測(cè)協(xié)議的成功應(yīng)用使生產(chǎn)商能夠制造出一系列專門適用于頁巖氣井的接頭。雖然沒有實(shí)驗(yàn)室能夠真正模擬鉆井和完井的井下工況條件，但測(cè)試程序有助于提高接頭的連接強(qiáng)度，并滿足不斷增長的市場(chǎng)需求。制定的接頭檢測(cè)協(xié)議用于研發(fā) VAM SG 接頭，結(jié)合頁巖氣的鉆井、完井和生產(chǎn)工況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，取消了套管接箍，使接頭外徑與套管相同，以增加井筒和套管之間的間隙，將金屬 - 金屬密封件設(shè)計(jì)在接頭的中間部位，可以在極端彎曲和疲勞條件下， 避免密封失效。提高接頭的抗拉強(qiáng)度，可以實(shí)現(xiàn)全管柱一次性下入，不需要再進(jìn)行懸掛回接作業(yè)。