随着油气开发技术的不断发展,高温高压、深井和超深井逐渐增多,引发井下管柱服役环境日益恶化。这使得传统API螺纹已无法完全满足油田需求,而特殊扣使用量逐年增加。使用特殊扣可显著增强套管柱的密封性能,在油田中也取得了一定的效果,但在服役过程中仍出现了粘扣、脱扣、密封面损坏等失效情况,说明亟需针对常用的特殊扣的材料、扣型等性能参数等开展优选研究。为此,本文综合运用室内实验法和有限元法相结合的方法,分析不同载荷工况对不同扣型的特殊螺纹接头完整性的影响,旨在为油田现场特殊扣的选用提供一定的参考,具体研究内容如下:(1)典型的特殊扣类型调研及其特点分析。调研了国内外油套管螺纹连接理论、有限元研究、试验研究和国内外特殊扣发展现状,得到了特殊扣的特点和优点以及影响完整性的主要因素。(2)特殊扣管材优选及评价。通过高温拉伸实验和腐蚀失重实验,得到了温度对不同管材屈服强度、抗拉强度和腐蚀速率的影响规律,为保障高温高压井下特殊螺纹接头完整性提供了选材依据,也为有限元计算提供了关键参数;(3)复合载荷下特殊扣全尺寸实验应力场研究。通过特殊扣上卸扣实验,得到了上扣过程中的扭矩-圈数曲线和应力应变规律,验证了有限元模型;通过特殊扣抗外挤试验,得到了特殊扣在非均匀载荷作用下的应力应变规律和挤毁失效机理,补充完善了非均匀载荷下特殊扣的完整性研究,并对比了管体的抗外挤实验,指出特殊扣的抗外挤强度大于管体;通过特殊扣轴向压缩实验,得到了特殊扣在轴向压缩载荷下的应力应变规律,指出特殊扣的抗轴向压缩性能能够满足现场需求。(4)复合载荷对不同密封结构特殊扣完整性影响研究。分别建立锥面对锥面和球面对柱面密封结构的特殊扣有限元力学模型,使用数值模拟的方法分别开展了轴向力、内压、内压和轴向拉力、内外压和轴向拉力共同作用下的特殊扣密封性能和连接性能的研究,得到了不同载荷工况对特殊扣完整性的影响规律,对比了两种密封结构的优劣。本文针对井下复杂工况,从特殊螺纹接头选材和选型的角度出发,找到影响特殊扣完整性关键要素,开展了管材性能、密封面结构、轴向载荷、非均匀外载荷、内外压对特殊扣完整性影响研究,为油田特殊扣的选用具有一定的借鉴意义。