北美特殊扣套管綜述

尹 蓓，梅 麗，張 軍

（1. 中國石油長慶油田分公司物資采購管理部，西安 710016；2.天津鋼管集團股份有限公司，天津 300301）

北美特殊扣套管綜述

尹 蓓1，梅 麗2，張 軍2

（1. 中國石油長慶油田分公司物資采購管理部，西安 710016；2.天津鋼管集團股份有限公司，天津 300301）

介紹了北美生產(chǎn)和應用比較廣泛的Ultra-DQX、USS CDC、Tenaris Wedge500、Tenaris Blue、Seal-Lock Apex等幾種套管特殊扣的螺紋形式、密封形式、扭矩臺肩等結構特點，闡述了特殊扣的優(yōu)缺點和適用特點。結合國內(nèi)套管特殊扣的開發(fā)和使用情況，指出了國內(nèi)套管特殊扣的使用和開發(fā)過程中需要解決的問題，對國內(nèi)自主知識產(chǎn)權的油套管特殊扣產(chǎn)品的開發(fā)提出了建議。

北美；油井管；特殊扣

1 引言

在石油工業(yè)發(fā)展過程中，隨著油氣井鉆采作業(yè)向更大井深、更高壓力和溫度，更苛刻工況條件，以及非常規(guī)油氣資源的方向發(fā)展，石油油井管常用的API SC、API LC和API BC已難以滿足油田的開發(fā)要求。世界各大石油油井管制造廠都致力于開發(fā)連接強度和密封性能更優(yōu)越的特殊扣油井管。

北美地區(qū)油氣資源豐富，全球有近1/5的大油氣田分布其中。北美的石油公司在地質(zhì)構造復雜區(qū)塊的鉆采作業(yè)和海洋石油開采過程中，大量設計和使用特殊扣油井管，以提高工程的安全性、可靠性和油井的開采壽命。特別是在頁巖井、超深井、高壓油氣井、斜井、水平井、熱采井等開采難度較大的井況中，大都采用各種類型的特殊扣油井管。鉆井新技術的發(fā)展也大大促進了各油田對特殊扣油井管的使用。以下是在北美使用較多的特殊扣產(chǎn)品。

2 Ultra-DQX接頭

DQX特殊扣接頭是TMK公司的產(chǎn)品，由美國Ipsco公司生產(chǎn)。它采用接箍的連接形式，其特點是抗過扭能力高，加工效率高，特別適用于頁巖井、水平井、大位移井和套管鉆井。

2.1 螺紋部分

DQX接頭采用其專利技術的全接觸螺紋形式。該螺紋是梯形螺紋，但與API BC螺紋形式不同。API BC接頭嚙合后，在導入側有間隙，在承載側、齒頂及齒底均有接觸，而DQX接頭嚙合后，與四個側面均接觸。全接觸螺紋的優(yōu)點是接頭的拉伸和壓縮能力高。

2.2 對頂擰接

DQX采用管端與管端對頂?shù)男问?，工廠端擰接到接箍中心，現(xiàn)場端擰接時與工廠擰接端對頂。由于兩個管端端面對頂接觸后產(chǎn)生少量的軸向過盈，所以接頭具有一定的氣密封能力。

結構上的這些特征使DQX接頭除了部分厚壁規(guī)格外，拉伸和壓縮性能都達到了管體屈服強度的100%，并且抗過扭能力和彎曲性能高于同規(guī)格的API BC螺紋。

3 USS CDC接頭

USS CDC特殊扣接頭是美國鋼鐵聯(lián)合公司的產(chǎn)品。它采用接箍的連接形式，特點是成本低，加工效率高，特別適用于大位移井、頁巖井、套管鉆井等。

3.1 螺紋部分

CDC接頭采用API的偏梯螺紋連接。但與API BC不同的是，CDC工廠端的公端中徑大于現(xiàn)場端的公端中徑，所以工廠端的擰接扭矩大于現(xiàn)場端的扭矩，這樣的好處是可以避免在現(xiàn)場上扣時，工廠端的松動。

3.2 對頂擰接

CDC采用管端與管端對頂?shù)男问?，工廠端擰接到接箍中心，現(xiàn)場端擰接時與工廠擰接端對頂。由于兩個管端端面對頂接觸后產(chǎn)生少量的軸向過盈，所以接頭具有一定的氣密封能力。

基于以上特征，CDC接頭的拉伸強度等同于管體，并且抗過扭能力優(yōu)于API BC螺紋。由于CDC沒有密封部分，而且螺紋形式為API螺紋，所以加工成本較低，屬于經(jīng)濟型特殊扣，更適用于中低壓井。

4 Tenaris Wedge 500系列接頭

Wedge 500系列特殊扣接頭是美國Hydril公司研發(fā)的產(chǎn)品，在被Tenaris公司收購后，并入Tenaris特殊扣產(chǎn)品家族。Wedge 500系列共8種特殊扣，除了Wedge 563外，其余7種都是無接箍連接。它適用于水平井、頁巖井、大位移井、高溫/高壓井。

4.1 螺紋部分

Wedge系列接頭采用楔形螺紋形式。楔形螺紋的特點是扭矩大，抗壓縮和拉伸的能力高。Wedge螺紋嚙合后，中間部分的螺紋完全接觸，被認為是次密封結構。

4.2 密封部分

金屬-金屬的主密封結構并不是設計在管端，而是據(jù)管端有一小段距離，在保證了氣密封性能的同時，有效防止了接頭在倒運中的磕碰損壞密封面。

4.3 擰接定位

由于楔形螺紋本身特點，Wedge系列扣型沒有傳統(tǒng)的扭矩臺肩。此扣型的上扣以Tenaris所推薦的扭矩上扣，但最終判斷是以位置作為標準。Wedge系列扣型在公端螺紋末端滾壓有環(huán)狀斜條紋路（代替三角形標記）作為位置標記。擰接越多，密封面接觸應力越大，密封越好。并且由于其不存在扭矩臺肩對頂，所以在公端管端與母端臺肩處存在間隙。此位置可以用于安裝CB-ring（特氟龍圈）。如生產(chǎn)內(nèi)涂層管，此設計將具有很大優(yōu)勢，提供了很好的連接部分的抗腐蝕密封性能。

楔形螺紋的本身特點決定了Wedge系列特殊扣的抗過扭能力高，其拉伸和壓縮性能都達到了管體屈服強度的80%以上，并且主密封和次密封結構同時存在，該扣型的氣密封能力達到管體的100%。

由于Wedge 500系列特殊扣大多采用半直連型連接，所以在小井眼小間隙固井，特別是套損井作業(yè)中具有重要的用途，對資源再利用具有良好的經(jīng)濟效益。它也常常用于頁巖井的水平段、水平井及大位移井。

5 Tenaris Blue接頭

Tenaris Blue接頭是阿根廷Tenaris公司的特殊扣產(chǎn)品。它采用接箍的連接形式，特點是氣密封性能優(yōu)異，可以承受較大的彎曲和壓縮載荷，特別適用于無絲扣油技術。

5.1 螺紋部分

Blue接頭采用梯形螺紋形式，承載側3°，導入側25°，油管螺距5牙/in，錐度1∶16；套管螺距4牙/in，錐度1∶12。螺紋嚙合形式為齒頂間隙，齒側過盈。較大的導入側角度，方便對扣，不易錯扣，而齒側過盈的形式能保證接頭的抗壓縮能力。

5.2 密封部分

采用球對錐的金屬-金屬的密封形式，由于密封球面的半徑非常大，密封面接觸面積較大，所以能夠在各種載荷的作用下保持較好密封面接觸壓力和接觸長度，從而保證密封結構完整性。

5.3 扭矩臺肩

采用-8°的扭矩臺肩，提供精確的擰接定位。負角度臺肩與密封面構成的“楔形效果”加強金屬-金屬密封面的密封能力。

Blue接頭的各項性能都比較優(yōu)異，并且可以用于Tenaris的無絲扣油技術。另外，Blue特殊扣還有另外兩個延伸品種：用于熱采井和SAGD井況的Blue Thermal Liner特殊扣；用于小井眼的無接箍Blue Near Flush特殊扣。

6 Seal-Lock Apex接頭

Seal-Lock Apex接頭是美國Hunting公司的特殊扣產(chǎn)品。它采用接箍的連接形式，適用于各種苛刻井況。其顯著特點是密封面接觸面積很大，能保證很好的密封性，但是同時存在粘著的風險。

6.1 螺紋部分

Seal-Lock Apex的螺紋采用其專利技術的倒鉤形粗牙螺紋，螺紋承載側為負角度，大部分規(guī)格的螺距都是4牙/in，所以公母螺紋上扣時不易錯扣，且由于手緊到機緊擰接圈數(shù)少，接箍所受的環(huán)向張應力較小。

6.2 密封部分

采用錐對錐的金屬-金屬的密封形式，螺紋端部的密封部分的長度很長，而且密封面接觸面積大，密封效果好。

6.3 扭矩臺肩

采用負角度扭矩臺肩，提高了接頭的抗復合載荷能力。

Seal-Lock Apex特殊扣具有北美特殊扣的顯著特點：密封面部分很長。另外，Hunting公司的Seal-Lock系列還有Seal-Lock HT、Seal-Lock HC、Seal-Lock Boss、Seal-Lock Flush等特殊扣產(chǎn)品。

7 結論

北美的特殊扣有半特殊扣和氣密封特殊扣兩種類型。

半特殊扣以Ultra-DQX和USS CDC為代表，是在API偏梯螺紋的基礎上進行一定程度的優(yōu)化而成的。其特點是價格相對便宜，加工效率高，接頭抗彎曲性能好，抗過扭能力強，并且具有一定的密封能力。但是由于沒有專門的密封面，氣密封能力相對較低。北美頁巖氣的開采非常廣泛，對油層套管的要求是具有抗大扭矩能力、一定的氣密封能力、具有較大抗彎曲能力和抗軸向壓縮能力，所以半特殊扣特別適用頁巖井。

氣密封特殊扣產(chǎn)品如Wedge 500系列、Blue、Seal-Lock Apex等，其特點是生產(chǎn)難度較大，加工效率低，尤其是Wedge 500系列扣型，大都是加工在墩粗或者擴口后的管端，修扣困難，所以價格昂貴，交貨期也比較長。但是這類氣密封特殊扣的密封性能、抗拉伸、彎曲、壓縮性能優(yōu)異，適合用于水平井、大位移井、高溫高壓等復雜井況。

8 展望

我國各油田大多都使用過特殊扣油井管，特別是在大位移井、超深井、高壓油氣井、稠油熱采井和腐蝕比較嚴重的油氣井等的鉆采作業(yè)中。前些年國內(nèi)各油田分別使用過日本的FOX、Bear、法國的VAM系列、美國的Seal-Lock系列、阿根廷的Blue系列等特殊扣油井管。國內(nèi)特殊扣油井管的設計和生產(chǎn)早在十幾年前就已經(jīng)開始。近幾年來，隨著石油天然氣的鉆采工程量日益增大，井況條件卻越來越差，對油井管的要求越來越高。為了填補國內(nèi)空白，替代國外產(chǎn)品，我國生產(chǎn)油井管的大型骨干企業(yè)也都加大了設計和生產(chǎn)特殊扣油井管的力度。如天津鋼管公司開發(fā)的TP系列十余種特殊扣，寶鋼開發(fā)的BGT1等特殊扣，無錫西姆萊斯開發(fā)的WSP-1等特殊扣，衡陽鋼管開發(fā)的HSM-1等特殊扣。其它一些油套管生產(chǎn)廠也在研制開發(fā)特殊扣產(chǎn)品，以求在未來油井管的市場上能占有一席之地。但是目前我國特殊扣接頭的研發(fā)還沒有完全擺脫國外產(chǎn)品的影響。特別是在密封結構設計、螺紋過盈量控制、一致性設計、無絲扣油技術等方面缺乏深層次的理解，大部分的開發(fā)都只限于在對國外成熟產(chǎn)品的基礎上略微修改而進行的。因此，筆者對國內(nèi)的自主知識產(chǎn)權的油套管特殊扣產(chǎn)品的開發(fā)提出以下幾點建議：

借鑒已有特殊扣接頭產(chǎn)品的成熟技術，結合油氣田的不同區(qū)塊和不同井況的需求，有針對性地開發(fā)，即高性能特殊扣和經(jīng)濟型特殊扣齊頭并重，并且可以在自己現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎上，進行新一代產(chǎn)品的開發(fā)或改進。

將全尺寸實物評價試驗與有限元模擬仿真模擬技術相結合，實物試驗的程序按照ISO13679標準進行，這樣可以減少試驗次數(shù)，最大限度地縮短開發(fā)周期，降低研發(fā)成本。

注重環(huán)保，利用新的涂層涂覆技術，減少或去除螺紋脂的用量，實現(xiàn)產(chǎn)品環(huán)?；_發(fā)。

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Overview of Oil Casing with North American Premium Connection

YIN Bei1, MEI Li2and ZHANG Jun2
（1.Material Procurement and Management Department Of Petro China Changqing Oil Field Subsidiary, Xi'an 710016, Shanxi Province, China; 2. Tianjin Pipe [Group] Corporation, Tianjin 300301, China）

The paper introduces the structural characteristics of thread form, sealing form and torque shoulder for some kinds of oil casing with premium connection such as Ultra-DQX, USS CDC, Tenaris Wedge500, Tenaris Blue and Seal-Lock Apex, which are extensively produced and applied in North America. It also expounds the advantages and disadvantages and applicable characteristics of premium connection. In combination with the development and application of domestic oil casing premium connection, the author points out the problems that need to be solved and puts forward suggestions on the development of oil casing premium connection with proprietary intellectual property rights.

North America; oil well pipe; premium connection

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.05.016

2014-04-22

2014-05-10

尹蓓（1978—），女，經(jīng)濟師，主要從事物資采購管理工作。