石油鉆具特殊螺紋防粘扣技術(shù)及表面處理工藝優(yōu)化

常芹

摘 要：本文主要是對(duì)于石油鉆具螺紋粘著現(xiàn)象進(jìn)行分析與探討，并且將如何做到減少此現(xiàn)象的發(fā)生做了一系列的闡述。從個(gè)人的觀點(diǎn)討論粘扣原理以及不同類(lèi)型防粘著的方法，通過(guò)與資料的分析對(duì)比之后得出的結(jié)論。繼而使得石油鉆具能夠增加使用壽命，節(jié)約石油開(kāi)采企業(yè)的技術(shù)成本。

關(guān)鍵詞：石油鉆具特殊螺紋防粘扣技術(shù);金屬表面處理工藝;優(yōu)化性能

1 粘扣現(xiàn)象及其主要的原因

粘扣現(xiàn)象是指發(fā)生在機(jī)器相互接觸的金屬表面層之間的冷焊，是機(jī)器螺紋表面上完整性、連續(xù)性和尺寸精準(zhǔn)度遭到破壞的失效現(xiàn)象。失效現(xiàn)象的原因有多種因素，其中螺紋原料的材質(zhì)、齒輪切合、裝卸扣力的大小以及配合公差都是很重要的原因。粘扣現(xiàn)象的具體特征表現(xiàn)為在機(jī)械的螺紋表面紋路不規(guī)整、會(huì)出現(xiàn)不同程度上的劃傷、拉毛等問(wèn)題。如果想從根本上改變粘扣現(xiàn)象的問(wèn)題，必須要先了解粘扣問(wèn)題的原理。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外諸多相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行了分析研究探討，主要把粘扣問(wèn)題分為了兩種磨損方式，即粘著磨損和磨料磨損互相作業(yè)的結(jié)果。粘著磨損主要是指螺紋的旋轉(zhuǎn)面在摩擦力的作用下，螺紋的旋轉(zhuǎn)面進(jìn)行受力而導(dǎo)致的損傷。磨料磨損主要是指在螺紋的使用面在不同規(guī)格形狀的磨料下，進(jìn)行磨料的打磨而造成的粘著磨損。兩種作業(yè)方式如果在客觀原因不樂(lè)觀的情況下，磨損情況會(huì)更加嚴(yán)重。

2 防粘扣幾種常見(jiàn)的方法

2.1 優(yōu)化螺紋參數(shù)

鉆具螺紋的參數(shù)對(duì)于油套管螺紋的抗粘扣性能有著非常大的影響，優(yōu)化螺紋參數(shù)會(huì)在一定程度上減輕粘扣現(xiàn)象的發(fā)生。常見(jiàn)的螺紋參數(shù)主要有螺紋錐度和螺距、齒形角、緊密距等。在專(zhuān)家的研究結(jié)果下，螺紋錐度和螺距在鉆具中如果有著偏差或著齒形角的角度不相同的時(shí)候，在裝卸扣的過(guò)程中容易出現(xiàn)螺紋的使用受力面不均的問(wèn)題，在受力比較大的部位會(huì)經(jīng)常發(fā)生粘著情況，從而在大面積范圍內(nèi)引起的嚴(yán)重粘扣。所以，優(yōu)化螺紋的參數(shù)是防止鉆具螺紋粘著現(xiàn)象的一種常見(jiàn)方法之一。另外，螺紋表面粗糙程度也會(huì)影響著鉆具的抗粘扣性能。例如如果起始扣螺紋表面比較粗糙，會(huì)使磨料的摩擦力增大，粘扣現(xiàn)象就會(huì)更容易發(fā)生;相反來(lái)說(shuō)，在起始扣的螺紋表面比較平整，與磨料的摩擦力減小，粘扣現(xiàn)象就會(huì)隨之減少。在現(xiàn)代開(kāi)采石油的油田環(huán)境愈來(lái)愈惡劣的情況下，對(duì)石油開(kāi)采的鉆具也有著更高的標(biāo)準(zhǔn)要求。于是在國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)研究之下，共同研發(fā)出了一款容易上扣且不易錯(cuò)扣的特殊扣型螺紋，這款扣型螺紋在一定程度上防止了鉆具的粘扣現(xiàn)象的發(fā)生。但是，由于在各種粘扣失效分析中發(fā)現(xiàn)，即使螺紋參數(shù)符合美國(guó)石油協(xié)會(huì)（API）標(biāo)準(zhǔn)、表面較為平整、采用了特殊扣型螺紋后，粘扣現(xiàn)在仍然在繼續(xù)發(fā)生，所以即使采用了這用特殊螺紋，也不會(huì)完全的避免粘扣現(xiàn)象的發(fā)生。

2.2 螺旋脂的合理應(yīng)用

螺旋脂是在上扣環(huán)節(jié)中在油具表面涂抹的一層油脂，在上扣的過(guò)程中起到潤(rùn)滑的作用。由于內(nèi)外螺紋的摩擦干涉，使螺紋表面的溫度急劇升高。從而發(fā)生粘連情況。螺紋脂就是在摩擦的過(guò)程中，防止高速轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生的粘連情況。中國(guó)石油天然氣集團(tuán)發(fā)明了一種螺紋脂，可以在一定程度上防止鉆具在高速運(yùn)轉(zhuǎn)、急速摩擦而出現(xiàn)的粘連現(xiàn)象。發(fā)明的這款螺紋脂可以在鉆具的金屬表面形成保護(hù)表層的薄膜，可以減輕在鉆具使用中摩擦的力量。能夠有效的減少與金屬表面的直接接觸，有利于減少粘著現(xiàn)象的發(fā)生。

2.3 對(duì)金屬表面的處理

在防粘扣的方法中，對(duì)金屬表面處理也是非常重要的條件之一。主要有以下幾種方法：第一，對(duì)表面進(jìn)行滲氮處理，處理的過(guò)程主要是將滲入的元素通過(guò)加熱，分解成活性氮原子被鋼鐵表面所吸收。并向金屬的內(nèi)層擴(kuò)散從而形成具有一定厚度的氮化層。氮化層具有硬比較高、抗疲勞性好和耐蝕性好，所以在石油鉆具防粘著性能上比較突出。第二，將金屬表面進(jìn)行鍍鋅也是對(duì)石油鉆具金屬表面處理的一種有效方法。鍍鋅是一種使用比較廣泛的金屬防腐方法，由于鋅的物理屬性比較活潑，可以有效的保護(hù)金屬制品的表層及內(nèi)部，降低對(duì)金屬的腐蝕性。并且與其它的材料相比，鍍鋅的成本比較低，所以在金屬表面鍍鋅的使用會(huì)比較廣泛。第三，磷化金屬表層，磷化處理適用于金屬的鍍鋅的部件。對(duì)金屬表面進(jìn)行磷化處理后，會(huì)使表層的結(jié)晶均勻。在進(jìn)行磷化處理后，可在一定程度上降低粘著現(xiàn)象的發(fā)生。使其在金屬面形成磷化膜，在磷化膜與金屬表面之間會(huì)有一定的縫隙，可以?xún)?chǔ)存一定的油量。在鉆具的使用當(dāng)中，減少直接與金屬表面的接觸。有利于增強(qiáng)鉆具的使用壽命。

3 結(jié)語(yǔ)

在石油套管螺紋的粘著失效損傷較輕時(shí)，會(huì)破壞螺紋表面原有的螺紋形狀，大大的降低了鉆具使用壽命。甚至有時(shí)在損害的情況稍嚴(yán)重時(shí)，會(huì)因?yàn)槁菁y表面損傷比較嚴(yán)重而造成鉆具的直接報(bào)廢;在損傷很?chē)?yán)重的情況下，在鉆具部件不契合而造成的脫扣，不僅會(huì)危害到技術(shù)人員的生命安全，而且還會(huì)對(duì)企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，分析和研究石油套管粘著原因，合理的提出粘著的措施，防止或減少石油套管發(fā)生粘著失效的事故，對(duì)企業(yè)和國(guó)家都具有十分重要的意義。

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