油套管圓螺紋連接粘扣的原因分析及預(yù)防討論

杜倩

【摘要】油套管因為多次的起出和下入，且工作環(huán)境較為惡劣，接箍與管體管端的螺紋連接容易出現(xiàn)粘扣的情況。本文主要是介紹了接箍與管體的連接方式，分析產(chǎn)生粘扣的原因，探討改善的方法。

【關(guān)鍵詞】油套管 粘扣 螺紋

油套管在石油勘探開采中使用較多，在每口油井從開鉆到鉆進再到完鉆的過程中，根據(jù)不同情況下入套管管柱，以形成套管和鉆孔之間的環(huán)形空間，最后通過水泥注入得到封固。這樣可以有效的避免開孔塌陷、變形、錯位和泄漏等，從而維持油井的正常工作及長期運行。每口井使用的套管數(shù)量都是上百個，甚至有深井中的上千個，管柱之間靠接箍連接，而只要有任何一支接箍或者管出現(xiàn)問題，都會導致整口井報廢，造成巨大的損失。油管是在油井內(nèi)下入到套管的管柱，其作用是為了保證原油的輸送，在實際操作中，可能進行起出和下入等操作，如果操作的次數(shù)達到十幾次或者更多，就容易造成螺紋粘扣。

油套管在勘探中的用量極大，約為所有使用油井管的80～90%，而油罐約占油套管總量的五分之一，需求量也非常大。油井之間存在著很大的差別，地址與油層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜造成了生產(chǎn)原油的形態(tài)不一，在流動性、腐蝕性以及自噴能力上都存在差別，還有原油因CL-，CO2離子和H2S等造成很強的腐蝕性，這就需要通過管柱進行注高壓水、注酸壓裂、注蒸汽以及井下加熱等操作，且井深的還存在淺井、深井、超深井的區(qū)別。原油的集輸都是通過油管來完成，油管之間的連接是通過螺紋連接，這就對油管自身的強度、剛度、耐磨性和抗腐蝕能力，且對連接的強度和密封性都有較高的要求。特殊的工作環(huán)境下的油管更要有特殊的性能要求。油管所處的工作環(huán)境復(fù)雜，就需要有嚴格的材質(zhì)和苛刻的技術(shù)條件要求。

1 螺紋粘扣形成的原因分析

1.1 螺紋連接介紹

油套管管柱與接箍的連接時通過內(nèi)外螺紋連接，油管端為外螺紋，接箍端為內(nèi)螺紋。采用這種螺紋連接的優(yōu)勢在于有足夠的連接強度，性能穩(wěn)定且能較好密封。由于作用中需要拆裝，螺紋連接更利于裝卸，可以在不損壞管體和接箍的情況下多次重復(fù)使用，適合于油田現(xiàn)場作業(yè)。

螺紋連接的質(zhì)量的影響因素有管材材質(zhì)和螺紋的加工質(zhì)量，其中加工質(zhì)量包括螺紋的形狀、尺寸、錐度角以及表面粗糙度等，加工過程中刃具的使用、潤滑冷卻不當、切削速度不勻都會影響到螺紋的形狀尺寸，造成切削表面的裂紋、毛刺等缺陷，這類問題就直接導致了使用過程中的螺紋端口、泄漏和粘扣等問題。在生產(chǎn)中影響最大也最多的就是粘扣問題，其直接影響到管柱的拆裝和使用，會使得螺紋變形而損壞，更有甚者出現(xiàn)嚴重粘扣而無法裝卸，造成油井的停產(chǎn)。因此對螺紋粘扣的機理分析和防止方法討論有著一定的現(xiàn)實意義。

螺紋連接的強度是與接觸面的大小相關(guān)，接觸面大小受齒型角和螺紋錐度的影響，齒型角越大則接觸面越大，錐度角越大則接觸面越大，軸向強度會降低，反之則相反。螺紋連接的穩(wěn)定性與接觸面成正比，越大的接觸面積會有越大的摩擦阻力，獲得更好的連接穩(wěn)定性，在對穩(wěn)定性影響最大的是錐度角，越小的錐度角能獲得越好的穩(wěn)定性。螺紋連接的密封性受到螺紋形狀、尺寸、表面粗糙度以及接箍鍍層和螺紋脂相關(guān)，尺寸精度和表面粗糙度造成的影響最大。擰接力矩小則表明連接強度小、穩(wěn)定性差，容易造成螺紋滑脫和松動的現(xiàn)象，過大的擰接力矩就容易造成粘扣現(xiàn)象。

1.2 螺紋加工分析

油套管和接箍的螺紋一般采用數(shù)控切削機床配合特定的刃具來進行切削加工，螺紋的精度就會受到機床、樣板、刃具、工模具和量具的自身誤差影響，要想獲得高精度的螺紋，就需要不斷的優(yōu)化螺紋的加工方法和手段，切削機床選用高精度、高度自動化的設(shè)備，使用專用的螺紋切削刃具和量具，實施規(guī)范化操作，運用科學管理模式來獲得優(yōu)質(zhì)加工螺紋。

1.3 螺紋粘扣位置

管體與接箍的螺紋連接如圖1所示，通過一定的擰接力矩進行擰接，使圖中的A未0，擰至螺紋消失點平面，形成緊密矩重合。有時會出現(xiàn)兩種非正常狀況，一種是在沒有達到規(guī)定的擰接力矩而出現(xiàn)了重合或者超過重合位置，這就會形成滑脫和松動的情況。還有一種情況時在達到規(guī)定值的擰接力矩或者更大而仍不能是螺紋重緊密，外露的螺紋扣數(shù)超過規(guī)定值。實際操作中，操作人員按習慣會繼續(xù)加大擰接力矩，在過大力矩的作用下會出現(xiàn)局部發(fā)熱，擰緊后不易卸開，部分螺紋會出現(xiàn)嚴重變形、斷裂等缺陷，嚴重情況下會造成螺紋粘扣而報廢。通過長期的觀察總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)螺紋粘扣的程度與加工螺紋應(yīng)力的分布存在關(guān)系，發(fā)生粘扣的位置也與應(yīng)力的分布和大小有直接聯(lián)系，相對于接箍，管體管端的螺紋有著更高的粘扣幾率，且強度也更大。

1.4 粘扣形成機理

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，內(nèi)外螺紋之間的應(yīng)力分布不均以及尺寸累計偏差是造成螺紋連接發(fā)生粘扣的主要原因，因為這些原因?qū)е滤璧臄Q接力矩增大，過大的力矩直接導致了螺紋局部出現(xiàn)不均勻變形，金屬晶格在此作用下出現(xiàn)扭曲變形，釋放出大量熱量造成局部溫度升高，降低了金屬的熔點，而螺紋在高溫、高壓作用下就出現(xiàn)了焊接融合作用，形成粘扣。

2 預(yù)防粘扣的方法討論

要想防止螺紋的粘扣，首先需要從提高螺紋的質(zhì)量開始。選用高精度的金屬切割機床、優(yōu)質(zhì)刃具以及高精度的專用工具來提高管體和接箍螺紋的尺寸和精度，使其精度要求達到APISPEC STD5B規(guī)定。采用不低于V6級進行粗糙度控制，改善螺紋表面的粗糙度。在螺紋表面鍍層處理時需保證均勻、牢固，厚度從8到16μm，不出現(xiàn)起泡、陰陽點、沉積物以及黑斑點等缺陷。使用的螺紋脂不應(yīng)導致螺紋的腐蝕和變質(zhì)。對螺紋的尺寸需要按照規(guī)定進行逐一檢測，做好分組和標識。在螺紋連接的過程中，采用手緊連接時，要充分考慮到內(nèi)外螺紋的間隙值，做到合理配合，這也是防止粘扣的關(guān)鍵方法之一。為保證連接的可靠性和合理性，可以對手緊螺紋抽樣進行擰接機上進行試驗，確保螺紋的完整良好無缺陷，且不存在粘扣現(xiàn)象。對帶接箍管體可以采用水壓試驗來保證其密封性，在穩(wěn)壓不少于5S的情況下，不發(fā)生泄露和冒汗的情況。

關(guān)于油套管連接防止螺紋粘扣，需要通過不斷的實踐摸索，選出最佳的螺紋配合方法，改善螺紋的加工工藝，減少應(yīng)力分布不均勻帶來的影響，且在操作中需小心謹慎，最后做好檢驗工作。

參考文獻

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