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在2002 年 以 前， 鉆完井作業使用的套管接頭和油管接頭均由生產商自己檢驗，每個生產商的儀器和測量程序都不盡相同。由于缺少統一的參考標準，對接頭的質量、安全和可靠性無法進行合理的評價。接頭檢測流程為了縮小實驗環境與實際井況之間的差距，生產商對油氣井的設計和鉆完井投產技術進行深入了解。
 
利用這些信息資料，開發了一種新的接頭檢測檢驗流程，充分模擬鉆井和完井中經歷的異常條件，以測試頁巖氣井的接頭應用情況。新測試程序需要多個樣品，它們經歷了模擬真實工況的五個步驟。采用 API 和 ISO 協議相同的方式， 將樣品加工到極限公差，檢測加工余量的極值，從而得到樣品破壞的極限情況。發現一些存在過盈公差的樣品，上扣時的磨損和損壞風險增加。
 
上扣可靠性：樣本模擬了直井條件下，接頭在鉆臺上經過的完整上卸扣過程，必須經歷多次上卸扣，不發生粘扣、滑絲等現象。密封和螺紋端面連接最容易發生磨損，尤其是使用最小推薦值的螺紋脂和最大扭矩會加劇這種情況的發生。每個接頭樣本上扣后再卸扣兩次，卸扣后檢查是否有磨損。定向井旋轉下套管：疲勞是由周期性加載引起的，并導致金相結構的逐漸退化，最終導致鋼的晶粒結構中產生小裂縫并逐漸擴大，最終導致失效。
 
疲勞損壞是頁巖氣井生產套管失效的關鍵因素，套管在通過彎曲井眼時，在接頭連接處產生彎曲應力，如果鉆遇疏松地層，會產生“大肚子”等不規則井眼，導致接頭受力情況更加復雜。為了提高固井質量，在深井通常采用旋轉尾管固井方式，旋轉過程導致整個鉆柱在井筒內振蕩，與井壁發生碰撞摩擦，其中接頭是承受破壞的最關鍵部分，當套管下至深部井段并且與旋轉相結合時，疲勞損壞的機理更加復雜化。
 
在實驗室通過共振疲勞機對接頭連接部分施加應力來模擬測試受力，導致接頭處彎曲達 25° /100 英尺，而且這種應力呈周期性變化。對接頭樣品施加 5 天 200 萬次循環載荷直至失效，以評估接頭的疲勞壽命并生成應力 - 壽命（S-N）曲線。對其他試樣進行 50 萬次疲勞循環，然后進行下一階段的密封性測試，以確保接頭的連接性能符合額定要求。螺紋脂降解影響評價：螺紋脂質量對應用廣泛的半過盈配合接頭至關重要。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金屬密封，如果螺紋脂未涂抹均勻， 或過早老化，會導致過早發生密封失效。
 
氣體將在螺紋脂中產生氣泡，并且在測試的密封性部分中將被檢測為發生泄漏。技術人員將樣品置于高達 300 ℉的溫度 24 小時，這種高溫條件會使螺紋脂隨著時間推移而降解。壓裂對套管強度的影響：由于頁巖儲層具有低孔、低滲、致密的特點，自然產能極低，壓裂形成裂縫的寬度、數量是決定產量高低的關鍵因素，因此往往需要通過對儲層的大排量、 高泵壓、大規模壓裂來獲得產能，對套管的強度提出了更高要求。頁巖氣水平井壓裂需要分為幾段甚至幾十段進行，套管反復承受內部高壓 - 卸壓的循環作用，導致局部應力集中，尤其是全角變化率較大的井段。
 
由于現有的標準未考慮頁巖氣井壓裂這種工況，因此設計了一系列的壓力檢測項目來模擬整個壓裂過程對套管的影響。測試壓力最高達到套管抗內壓強度的100%，穩壓 30 分鐘檢測接頭是否泄漏，重復進行 50 個循環周的試驗，每個循環周結束時卸壓，再重新加壓，套管在承受內壓力時產生的軸向應力同樣進行了檢測。通過在接頭的關鍵區域放置多個應變傳感器來監控在整個疲勞實驗階段材料的完整性，監測發現這些關鍵區域的變形和整體環向應力，隨著疲勞程度增加而增加。
 
生產工況模擬：通過疲勞應力實驗之后，再按照 API 5C5/ISO 13679 標 準 對 接 頭 進 行 生產工況的模擬檢測，確保全生命周期的套管完整性。對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，首先在環境溫度下進行，然 后 在 275 ℉ 條 件 將 接 頭 彎 曲30° ，然后保持 30°彎曲在環境溫度下繼續測試。考慮頁巖氣產出以氣體為主，純液體冷凝物極少，這些密封性測試均是以氣體作為介質來完成的，以確保接頭連接處的密封性。
 
采用陶瓷或感應加熱器提升樣品的溫度，同時進行密封性測試以模擬井下工況條件，不斷增大施加的載荷，直至樣品發生疲勞破壞。優化套管接頭設計檢測協議的成功應用使生產商能夠制造出一系列專門適用于頁巖氣井的接頭。雖然沒有實驗室能夠真正模擬鉆井和完井的井下工況條件，但測試程序有助于提高接頭的連接強度，并滿足不斷增長的市場需求。制定的接頭檢測協議用于研發 VAM SG 接頭，結合頁巖氣的鉆井、完井和生產工況進行優化設計，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 - 金屬密封件設計在接頭的中間部位，可以在極端彎曲和疲勞條件下， 避免密封失效。提高接頭的抗拉強度，可以實現全管柱一次性下入，不需要再進行懸掛回接作業。