特殊螺紋接頭套管質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

韓新利 王 蕊 韓 軍 楊 鵬 張 蕾

中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院 （陜西 西安 710065）

特殊螺紋接頭套管質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

韓新利 王 蕊 韓 軍 楊 鵬 張 蕾

中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院 （陜西 西安 710065）

給出了特殊螺紋接頭套管質(zhì)量及質(zhì)量控制的定義，分析了質(zhì)量控制過程和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并通過實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明，特殊螺紋接頭套管質(zhì)量控制的最終目的在于滿足適用要求，是生產(chǎn)廠和使用者共同的責(zé)任；特殊螺紋接頭套管質(zhì)量控制過程主要有需求確定、適用性評(píng)價(jià)、采購、生產(chǎn)和使用，這些過程通過跟蹤形成閉環(huán)系統(tǒng)；特殊螺紋接頭套管質(zhì)量控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括提高思想認(rèn)識(shí)、選用、標(biāo)準(zhǔn)和適用性評(píng)價(jià)；實(shí)施特殊螺紋套管質(zhì)量控制可取得良好的結(jié)果。

特殊螺紋接頭 套管 質(zhì)量控制

隨著石油天然氣勘探事業(yè)的不斷發(fā)展，工況條件愈來愈復(fù)雜，API螺紋接頭套管已無法滿足要求，特殊螺紋接頭套管用量逐年增大，于是，特殊螺紋套管的質(zhì)量控制問題逐漸表現(xiàn)出來?，F(xiàn)有研究中，多數(shù)文獻(xiàn)集中在特殊螺紋的介紹[1～6]，包括特點(diǎn)、性能分析及使用，未談及質(zhì)量控制。本文通過分析特殊螺紋套管質(zhì)量控制過程及關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并通過實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。

1 套管質(zhì)量與質(zhì)量控制

質(zhì)量是指一組固有特性（物理、化學(xué)、功能等）滿足要求（明示的、隱含的或必須履行的需求和期望）的程度。質(zhì)量控制是質(zhì)量管理的一部分，通過采用技術(shù)或其他手段滿足質(zhì)量要求。

套管的質(zhì)量是指套管特性滿足要求的程度。套管特性包括：材料性能、結(jié)構(gòu)尺寸（幾何、螺紋）、結(jié)構(gòu)性能（密封性和連接強(qiáng)度）及使用（上、卸扣特性）性能；要求包含對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的符合性（明示）和滿足現(xiàn)場使用的要求（隱含）。套管質(zhì)量控制則是通過一定的手段和方法，來確保套管滿足使用的要求。

良好套管質(zhì)量控制過程包含兩方面：生產(chǎn)質(zhì)量，滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，具有良好的可用性，有利于現(xiàn)場操作；使用質(zhì)量，與套管生產(chǎn)質(zhì)量具有良好的匹配。因此，特殊螺紋套管質(zhì)量控制不僅取決于生產(chǎn)廠，還取決于用戶如何使用，是生產(chǎn)廠和用戶共同的責(zé)任。

2 特殊螺紋接頭套管質(zhì)量控制過程

特殊螺紋套管生命過程從確定需求開始，經(jīng)歷適用性評(píng)價(jià)、采購、生產(chǎn)、使用4個(gè)階段，通過過程跟蹤，形成封閉的循環(huán)系統(tǒng)，也形成了特殊螺紋接頭套管質(zhì)量控制過程，如圖1所示。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，質(zhì)量控制水平不斷提高，效果愈明顯。以下對(duì)各過程進(jìn)行分析。

2.1 需求確定

滿足需求是質(zhì)量控制的主要目標(biāo)，明確的需求有利于質(zhì)量控制工作的開展，特殊螺紋接頭套管需求主要包括：為什么選用特殊螺紋接頭？所選特殊螺紋接頭應(yīng)具有什么樣的特性？需求的確定主要是用戶的責(zé)任。

在需求確定過程中，用戶需要明確尺寸規(guī)格、服役的環(huán)境和載荷情況。尺寸規(guī)格主要由井身結(jié)構(gòu)決定，主要依據(jù)油、氣井的目的。服役環(huán)境情況決定套管材料的選擇，例如：具有腐蝕環(huán)境的井況需要選用耐蝕合金材料，根據(jù)腐蝕程度的不同，可以選用不同的耐蝕材料。載荷情況與接頭類型相聯(lián)系，接頭類型決定了套管的生產(chǎn)的難易程度及合格率。

2.2 適用性評(píng)價(jià)

需求確定了待選套管、待選套管的使用工況和服役環(huán)境，但兩者能否匹配，匹配程度如何，則必須進(jìn)行適用性評(píng)價(jià)，因此，適用性評(píng)價(jià)是特殊螺紋接頭套管質(zhì)量控制的第2個(gè)過程。

適用性評(píng)價(jià)主要檢驗(yàn)特殊螺紋套管在特定工況條件下的使用性能，包括材料性能的評(píng)價(jià)和使用性能的評(píng)價(jià)。材料性能的評(píng)價(jià)主要側(cè)重于環(huán)境的適用性，評(píng)價(jià)重點(diǎn)在于腐蝕性能，并且可預(yù)測(cè)壽命。使用性能評(píng)價(jià)主要側(cè)重于整體性能的評(píng)價(jià)，主要采用全尺寸試驗(yàn)的評(píng)價(jià)方法。現(xiàn)有全尺寸試驗(yàn)技術(shù)足以模擬套管服役過程中的各種工況，并且通過對(duì)評(píng)價(jià)套管的跟蹤不斷完善。

值得說明的是，適用性評(píng)價(jià)主要解決技術(shù)可行性的問題，主要由具備能力的第三方承擔(dān)。

2.3 采購過程

采購過程主要解決訂貨問題，涉及用戶、生產(chǎn)廠和第三方檢驗(yàn)和/或監(jiān)理。特殊螺紋接頭套管不同于API螺紋接頭，不同生產(chǎn)廠有不同的標(biāo)準(zhǔn)。特殊螺紋接頭套管具有技術(shù)難度大，質(zhì)量要求高，制造過程復(fù)雜，需要協(xié)調(diào)的問題較多；如果這些問題得不到解決，隨后將會(huì)出現(xiàn)一系列的爭議。

從圖1可以看出，如果需求作為起點(diǎn)，采購過程正好是中間環(huán)節(jié)，可見采購在套管質(zhì)量控制過程中占據(jù)重要位置。采購過程主要解決訂貨標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)廠選擇問題。

特殊螺紋接頭套管訂貨標(biāo)準(zhǔn)主要涉及兩個(gè)方面，材料性能和整體性能指標(biāo)和檢驗(yàn)。對(duì)于材料性能而言，若采用API規(guī)定的材料或鋼級(jí)，可采用API標(biāo)準(zhǔn)，若需要特殊的規(guī)定，可采用附加的補(bǔ)充技術(shù)條件；若采用非API的鋼級(jí)和材料，則需要商定材料性能指標(biāo)，當(dāng)采用耐蝕材料時(shí)，除商定材料性能指標(biāo)外，還需確定檢測(cè)方法，尤其腐蝕介質(zhì)的選擇。對(duì)于整體性能指標(biāo)而言，需要對(duì)密封包絡(luò)線和極限載荷進(jìn)行規(guī)定，而密封包絡(luò)線是最容易忽略的問題。由于接頭幾何參數(shù)影響整體性能，訂貨標(biāo)準(zhǔn)必須規(guī)定結(jié)合參數(shù)公差，且不大于適用性評(píng)價(jià)采用的公差。

適用性評(píng)價(jià)解決了技術(shù)的可行性問題，一般情況下，可生產(chǎn)滿足技術(shù)可行性產(chǎn)品的不只一個(gè)生產(chǎn)廠，因此，需要對(duì)生產(chǎn)廠進(jìn)行選擇。對(duì)于用戶而言，合適的生產(chǎn)廠是產(chǎn)品質(zhì)量保證的前提，為此，實(shí)施制造廠準(zhǔn)入檢驗(yàn)制度，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)必備條件及產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的量化考核，同時(shí)采用全尺寸試驗(yàn)的技術(shù)手段檢驗(yàn)套管使用性能，以考察批量生產(chǎn)能力。

2.4 生產(chǎn)過程

生產(chǎn)過程主要解決套管質(zhì)量穩(wěn)定性問題，主要由生產(chǎn)廠承擔(dān)。特殊螺紋接頭套管生產(chǎn)過程需要確定材料體系，并選擇合適的生產(chǎn)工藝，確保材料性能滿足訂貨技術(shù)條件。研究幾何尺寸，尤其螺紋參數(shù)的控制范圍，制定內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，不僅需要滿足訂貨技術(shù)條件要求，還要滿足使用要求。特別注意，內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)嚴(yán)于訂貨技術(shù)條件。

特殊螺紋接頭套管不同于其他產(chǎn)品，要求質(zhì)量100%受控，一根套管質(zhì)量直接影響一口井的壽命，為此，生產(chǎn)廠需要建立完善的質(zhì)量控制體系，并嚴(yán)格執(zhí)行。為了加強(qiáng)質(zhì)量控制，可采用第二方和第三方的監(jiān)督模式，如，對(duì)套管實(shí)行駐廠監(jiān)造，確保產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中質(zhì)量。對(duì)未實(shí)施駐廠監(jiān)造的套管產(chǎn)品，建議進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

2.5 使用過程

生產(chǎn)過程保證了套管能夠滿足技術(shù)條件的要求，即滿足套管明示要求。實(shí)踐證明，符合標(biāo)準(zhǔn)要求的套管，如果使用不當(dāng)，依然發(fā)生失效問題，造成經(jīng)濟(jì)損失，因此規(guī)范使用過程，精心操作，才能達(dá)到質(zhì)量控制的最終目的。

使用過程質(zhì)量控制分為3個(gè)階段，使用前、使用中和使用后。加強(qiáng)套管使用前檢驗(yàn)可以避免生產(chǎn)廠漏檢、運(yùn)輸過程損傷等質(zhì)量問題，主要檢查特殊螺紋接頭的外觀，尤其確認(rèn)密封面沒有損傷，對(duì)于耐蝕材料特殊螺紋接頭套管，除檢查接頭外，還要檢查套管管體的外觀質(zhì)量。

使用過程主要控制套管下井過程質(zhì)量。特殊螺紋套管接頭與API不同之處在于密封面，因此，套管下井過程中必須保護(hù)好密封面，確保密封面沒有損壞。為了保證套管接頭的密封性能，應(yīng)嚴(yán)格控制上扣速度，尤其在內(nèi)、外螺紋密封面接觸的前后。上扣時(shí)，應(yīng)采用扭矩儀，真實(shí)記錄上扣曲線，上扣扭矩應(yīng)控制在生產(chǎn)廠推薦的范圍內(nèi)，并且上扣曲線上能夠清晰地反映臺(tái)肩扭矩。

為了獲得更多的信息，更好的確定需求，用戶應(yīng)該跟蹤套管的服役過程，記錄套壓的變化以及油管起下過程發(fā)生的異?，F(xiàn)象，同時(shí)能夠跟蹤產(chǎn)出液的變化。

以上分析了特殊螺紋接頭套管質(zhì)量控制過程，階段不同，責(zé)任主體不同，只有不同主體緊密結(jié)合并不斷跟蹤分析才能夠完成質(zhì)量控制任務(wù)。

3 特殊螺紋接頭套管質(zhì)量控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)

質(zhì)量控制與成本息息相關(guān)，前述分析表明，特殊螺紋接頭套管質(zhì)量控制過程復(fù)雜，難度大，全面質(zhì)量控制將會(huì)引起成本大幅度的提升，為此，抓關(guān)鍵環(huán)節(jié)，理順管理線條有著重要的意義。

3.1 思想認(rèn)識(shí)

做好特殊螺紋接頭套管質(zhì)量控制工作，首先需要提高思想認(rèn)識(shí)。質(zhì)量控制的目的在于保證套管的使用性能能夠滿足要求，并在油、氣井使用壽命內(nèi)不發(fā)生失效。通常，生產(chǎn)廠認(rèn)為符合標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件要求就能夠滿足使用要求，檢驗(yàn)合格在使用中就不會(huì)出現(xiàn)問題，若出現(xiàn)問題，應(yīng)是使用者的責(zé)任，大部分的爭議也在這兩個(gè)方面。大量實(shí)踐表明，標(biāo)準(zhǔn)符合性與適用性不同，檢驗(yàn)與使用不同。為了確保標(biāo)準(zhǔn)符合性和適用性、檢驗(yàn)和使用的統(tǒng)一，需要進(jìn)行大量的模擬試驗(yàn)，目的在于評(píng)價(jià)套管選擇的正確性，并對(duì)套管柱設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)試驗(yàn)結(jié)果也可用于指導(dǎo)套管的現(xiàn)場使用。此外，模擬試驗(yàn)也是套管質(zhì)量控制的重要手段。

3.2 選用

特殊螺紋接頭套管選用是套管質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，正確的選擇既可以保證套管的安全使用，又可以節(jié)約套管的采購成本。套管選用主要解決套管性能與使用工況的匹配問題，有兩方面的因素，需求和套管性能。

前文所述表明，需求決定了套管的選擇，明晰的服役環(huán)境和工況條件是正確選擇套管的關(guān)鍵。在服役環(huán)境和工況條件不明確的情況下，如探井，應(yīng)考慮最苛刻情況，此外也可根據(jù)套管的性能進(jìn)行逆向選擇。事實(shí)上，逆向選擇更容易實(shí)施。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)

特殊螺紋接頭套管涉及材料和結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面，其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)對(duì)這兩個(gè)方面進(jìn)行規(guī)定。由于特殊螺紋接頭套管的特殊性，不會(huì)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，但應(yīng)堅(jiān)持以下原則。

材料性能。若采用API或ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鋼級(jí)或材料，則按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定執(zhí)行，若采用或API或ISO標(biāo)準(zhǔn)材料，則須按照服役環(huán)境條件進(jìn)行評(píng)價(jià)，并由雙方共同確定，建議由具有相應(yīng)技術(shù)能力的第三方研究機(jī)構(gòu)組織實(shí)施。

結(jié)構(gòu)性能。特殊螺紋接頭通常為專利產(chǎn)品，具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)性能，一般采用生產(chǎn)廠的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但應(yīng)提供以下信息及證明資料。

一個(gè)較詳細(xì)地關(guān)于螺紋、密封面、臺(tái)肩和管體尺寸設(shè)計(jì)特征的說明；一個(gè)有代表性的接頭截面圖表，從而確定拉伸、壓縮、內(nèi)壓、外壓和彎曲的臨界值；一個(gè)過程控制計(jì)劃，這個(gè)計(jì)劃應(yīng)當(dāng)詳細(xì)說明適用的標(biāo)準(zhǔn)和程序，產(chǎn)品生產(chǎn)和檢測(cè)的相關(guān)控制序號(hào)和版本號(hào)；以書面的形式提供上扣參數(shù)，包括螺紋脂的類型、用量和應(yīng)用方法，以及上扣速度、所需的抬肩扭矩值、最大和最小最終上扣扭矩值及上扣扭矩?fù)p耗。這個(gè)書面的文件還應(yīng)當(dāng)包括控制程序、版本和生產(chǎn)廠的控制計(jì)劃；接頭的修復(fù)和修復(fù)方法的說明，說明中還應(yīng)包括程序號(hào)和版本號(hào)；根據(jù)拉伸、壓縮、內(nèi)壓、外壓和相對(duì)于管體的彎曲度提供一個(gè)接頭性能表；應(yīng)當(dāng)充分的考慮接頭包絡(luò)線的載荷，使得載荷能夠充分的說明試樣實(shí)際性能與最小性能即名義等級(jí)的關(guān)系；明確接頭極限載荷值，使得極限載荷能夠充分的說明試樣實(shí)際性能與最小性能即名義等級(jí)的關(guān)系。

證明材料應(yīng)以技術(shù)報(bào)告形式提供。

3.4 適用性評(píng)價(jià)

適用性評(píng)價(jià)分為兩個(gè)方面，即環(huán)境適用性和載荷適用性，目的在于滿足特殊螺紋接頭套管使用性能，評(píng)價(jià)過程應(yīng)盡可能接近實(shí)際工況。

環(huán)境適用性評(píng)價(jià)。環(huán)境適用性評(píng)價(jià)通常采用NACE評(píng)價(jià)方法，采用小試樣的方式和標(biāo)準(zhǔn)的腐蝕液，在規(guī)定應(yīng)力水平下保持一定的時(shí)間，檢測(cè)其耐蝕性能，全尺寸模擬試驗(yàn)成為發(fā)展的趨勢(shì)。

載荷適用性評(píng)價(jià)。載荷適用性評(píng)價(jià)通常采用API RP 5C5/ISO13679[7]，API RP 5C5第3版以前版本主要進(jìn)行工況模擬試驗(yàn)，側(cè)重于使用性能的評(píng)價(jià)，API RP 5C5第3版?zhèn)戎赜诠茏雍徒宇^本身承載能力評(píng)價(jià)，進(jìn)行載荷適用性評(píng)價(jià)時(shí)，需要綜合兩個(gè)方面，尤其對(duì)于工況條件比較明確的情況，簡化試驗(yàn)過程，節(jié)約時(shí)間和成本。

適用性評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容有：耐蝕性能；上、卸扣性能；密封完整性和結(jié)構(gòu)完整性。耐蝕性能主要確定套管適用的環(huán)境，密封完整性通過試驗(yàn)參數(shù)和試驗(yàn)程序評(píng)價(jià)能否用于特定工況，結(jié)構(gòu)完整性主要測(cè)試接頭承載能力。

載荷適用性評(píng)價(jià)試驗(yàn)過程主要包括：確定工況，進(jìn)行試驗(yàn)分級(jí)，確定試驗(yàn)方案；試樣準(zhǔn)備含材料選擇、樣品加工；上、卸扣試驗(yàn)；密封性試驗(yàn)即包絡(luò)線試驗(yàn)和失效試驗(yàn)也就是極限承載能力試驗(yàn)。

4 實(shí)例

2005年，某油田公司對(duì)某區(qū)塊進(jìn)行開發(fā)，該區(qū)塊具有腐蝕環(huán)境，且為氣井，井深在6 000m以上，確定了技術(shù)套管的規(guī)格，委托管研院完成技術(shù)套管的質(zhì)量控制，為此，管研院與油田公司簽訂了一攬子合同，包括套管選擇、適用性評(píng)價(jià)、駐場監(jiān)造及現(xiàn)場監(jiān)督，結(jié)果如下：選用某生產(chǎn)廠抗硫特殊螺紋接頭套管；對(duì)該套管材料腐蝕性能評(píng)價(jià)，保證套管滿足環(huán)境要求；對(duì)套管接頭進(jìn)行全尺寸試驗(yàn)，評(píng)價(jià)其上、卸扣性能，密封性能、連接性能及抗擠毀性能；制定了駐廠監(jiān)造質(zhì)量計(jì)劃和監(jiān)造實(shí)施細(xì)則，進(jìn)行了套管生產(chǎn)全過程監(jiān)造，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，并達(dá)到套管訂貨技術(shù)指標(biāo)；監(jiān)督現(xiàn)場下井；生產(chǎn)的1 500t套管至今未出現(xiàn)任何問題，達(dá)到了質(zhì)量控制的目的。

5 結(jié) 論

本文給出了特殊螺紋接頭套管質(zhì)量及質(zhì)量控制的定義，分析了質(zhì)量控制過程和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并給出了一成功的范例，可得出以下結(jié)論：

（1）特殊螺紋接頭套管質(zhì)量控制的最終目的在于滿足適用要求，是生產(chǎn)廠和使用者共同的責(zé)任。

（2）特殊螺紋接頭套管質(zhì)量控制過程主要有需求確定、適用性評(píng)價(jià)、采購、生產(chǎn)和使用，這些過程通過跟蹤形成閉環(huán)系統(tǒng)。

（3）特殊螺紋接頭套管質(zhì)量控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括提高思想認(rèn)識(shí)、選用、標(biāo)準(zhǔn)和適用性評(píng)價(jià)。

（4）實(shí)施特殊螺紋套管質(zhì)量控制可取得良好的結(jié)果。

[1]高連新.WSP特殊螺紋接頭油井管的研制[J].石油機(jī)械,2003(9):33 -36.

[2]許志倩.非API標(biāo)準(zhǔn)Big Omega特殊螺紋接頭連接性能數(shù)值分析[J].石油礦場機(jī)械,2009(6):34-39.

[3]廖凌.漢廷特殊螺紋接頭油套管的技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用分析[J].鋼管, 2009(4)：44-47.

[4]王善永.幾種特殊套管螺紋接頭[J].石油礦場機(jī)械,2005(4):83-85.

[5]高連新.石油套管特殊螺紋接頭的密封設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2005(3):216-219.

[6]楊智春.特殊扣套管接頭的應(yīng)力及密封特性分析[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),2004(7):771-773.

[7]李瑞濤.特殊螺紋接頭的研究現(xiàn)狀分析[J].焊管,2009(1):12-14.

With the definition on the casing quality of special screw thread junction and the quality control being given,the analysis focuses on the process of quality control and the key chains,followed by the verification of practical examples.The result first indicates that the final goal of quality control over special screw thread junction casing pipes lies in satisfying the demands of adaptability,which is the common responsibility of manufacturers and consumers.Then it shows that its quality control process mainly includes the determination of demands,the evaluation of applicability,the procurement,the production and uses,which then form the closing system by tracking.Next,it reveals that its crucial steps involve improving the insight into this problem,choosing standards and doing evaluation of applicability.Finally,it is pointed out that it can get better effect to conduct quality control over the special screw thread casing pipes.

special screw thread junction;casing pipe;quality control

韓新利（1966-），男，陜西蒲城人，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)橛途苜|(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)及研究。

張簫鈴

2010-12-02