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提高石油管螺纹连接质量分析与控制方法

2019-1-8    来源:    作者:佚名  浏览次数:1386

1 石油管螺纹连接性能的现状1.1 螺纹抗粘扣性能螺纹的抗粘扣性能是评价螺纹连接性能的一项重要指标,螺纹的抗粘扣性能主要与螺纹的参数、螺纹密封脂和现场操作有关。1.1.1 螺纹参数优化及检测螺纹参数分为几何和物理两种。西安管材所的研究发现:外螺纹中径偏小,内螺纹中径偏大或者外螺纹锥度偏于下限,内螺纹锥度偏于上限都容易造成粘扣现象的发生。在螺纹几何因素对粘扣性能的影响依次是中径、接箍不圆度和锥度,其他参数影响较小。内外螺纹螺距偏差过大,造成接触应力分布不均,易产生粘扣现象。单纯提高螺纹的加工精度并不能从根本上解决粘扣问题。1.1.2 螺纹密封脂、镀层及材质国内对螺纹密封脂的研究起步较晚(上世纪80年代末期),与国外相比有很大的差距。1996年西安管材所和美国TubermastersS. A.公司共同合作开发了中国高级螺纹密封脂,实际应用中证明这是一种性能优良的螺纹密封脂。螺纹表面处理方式有多种: 如磷化、镀锌、镀铜等,其对改善螺纹抗粘扣性能的效果也不相同。1.1.3 现场操作规范及标准从油田发生的石油管事故来看,有相当一部分是因现场操作不规范引起的。现场上扣扭矩的增大,粘扣数量及粘扣程度将直线增长。外夹持力过大引起的接箍变形也会造成严重的粘扣现象,外夹持力位置越靠近入扣端螺纹,粘结倾向越大。1.2 几种不易粘扣石油管螺纹试验发现,采用一些特殊螺纹接头的石

油管具有良好密封性能和连接强度,而且不易粘扣,像NS2CC、TM、NK3SB、Hydril 超级EU 接头螺纹等。1.2.1 圆螺纹不粘扣接箍提出了增大接箍螺纹起始牙的节径,并采用一小段大锥度的“引入螺纹” 作为过渡接箍 ,使接箍的起始牙边缘不会刮着已

拧入的螺纹,可有效地消除粘扣现象。1.2.2 高连接强度圆螺纹(HS-RTC)HS-RTC螺纹因为黑皮螺纹参加连接,除了增加螺纹连接长度,减小连接处管体壁厚削弱影响外,还增加了螺纹节径,减小了螺纹连接长度上的管体周向应力,提高石油管螺纹连接

强度外,从根本上消除了粘扣现象。1.2.3 高气密偏梯形螺纹(HT-BTC)HT-BTC技术是将API偏梯形螺纹套管的管端加工成圆弧形的轴向过盈金属密封面,缩短接箍长度,使接箍连接的两根石油管的端面在紧扣后相互接触压紧,形成封闭的金属密封环来提高密封性能。2 影响石油管柱螺纹连接质量的因素及分析2.1 扭矩对螺纹连接质量的影响2.1.1 对螺纹连接强度的影响对于A P I石油管,如果紧上扣扭矩过大,就会在螺纹的接箍和公扣之间产生较大的圆周应力,产生应力破坏或应变裂纹,从而降低整个管柱的强度,甚至在管螺纹处断裂。如果紧螺纹扭矩太小,就会直接降低螺纹轴向载荷的能力,产生滑扣现象。2.1.2 对螺纹密封的影响石油管螺纹的密封有三种基本形式:①锥形螺纹主要依靠螺纹金属对金属压合,并以密封脂粒子充填间隙来进行密封 (API标准螺纹);②金属对金属的封口式密封(特殊螺纹和气密扣);③弹性密封。三种密封形式,都必须通过一定的上扣扭矩来保证,使螺纹金属和金属之间的耐压能力大于石油管所承受的内压和外压。2.2 转速对螺纹连接质量的影响在下入石油管作业中,单根管柱的重力压在石油管螺纹上,螺纹旋合时会产生摩擦热,热量的多少与转速、摩擦系数和压紧力有关。如果转速过快将破坏润滑环境,使石油管螺纹磨损而破坏。2.3 其他影响因素2.3.1 螺纹脂的影响。质量较好的螺纹脂摩擦系数较小,可以减小上扣扭矩,继而减小粘扣倾向。螺纹脂在低温下涂抹对粘扣没有明显作用。2.3.2 接箍的影响。接箍变形将会造成严重的粘扣现象,若接箍变形是由于外壁受夹持力引起的,则外壁受夹持力越大或夹持位置越靠近入扣端,螺纹粘结倾向越大。2.3.3 错扣情况下旋合螺纹,扭矩大且螺纹损伤严重。2.3.4 现场下入石油管作业中对螺纹联接质量的影响因素还包括螺纹加工精度、公差、螺纹镀层的保护以及螺纹清洁等。3 现场作业套管螺纹质量控制方法3.1 工具和仪器的保证提高下入石油管作业质量,要有良好的设备和高精度的仪器来对作业现场进行监测和控制。3.2 现场控制螺纹连接质量的具体措施a)作业施工前石油管的检查和处理。按标准检查下井管柱外观和内径,检查原配螺纹端外露螺纹的扣数,不能超过2/5扣。b)上扣前对螺纹的检查和处理。螺纹表面的轻度刻痕可不予处理,但纵向伤痕对螺纹的上扣扭矩及密封性能影响较大。特殊螺纹的密封表面不能有任何损伤,并使用对扣导向器上扣。3.3 下入石油管作业工具准备对于深井,不能使用吊卡,应使用卡盘,否则过大的轴向力会使接箍变形,影响
螺纹的联接质量。3.4 螺纹密封脂的选择与使用螺纹密封脂要选择正规厂家产品。在使用中,要确保螺纹密封脂涂匀涂够,这样才能有效润滑螺纹,防止粘扣。
3.5 控制扭矩

使用TNY系列扭矩仪,对于API标准螺纹扭矩控制推荐的大小值之间。特殊螺纹石油
管按厂家推荐值实施。
3.6 转速控制
旋合螺纹的转速控制在25r/min以内,紧螺纹的转速控制在5r/ min左右;特殊螺纹按厂商推荐实施。
4 结论
(1)下入石油管的连接质量直接影响油气产量和油井寿命,必须确保连接质量合格。
(2)影响螺纹连接质量的因素包括扭矩、圈数、转速、螺纹密封脂、加工精度等,必须严格控制和把关。
(3)紧螺纹扭矩是螺纹联接实施过程中最关键的因素,应使用专用扭矩仪进行控制。
(4) 建议钻井和作业行业成立专门下套管服务队伍 ,使下入石油管作业标准化、规范化和科学化。

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