特殊螺纹接头套管质量控制的关键环节

韩新利 王 蕊 韩 军 杨 鹏 张 蕾

中国石油集团石油管工程技术研究院 （陕西 西安 710065）

特殊螺纹接头套管质量控制的关键环节

韩新利 王 蕊 韩 军 杨 鹏 张 蕾

中国石油集团石油管工程技术研究院 （陕西 西安 710065）

给出了特殊螺纹接头套管质量及质量控制的定义，分析了质量控制过程和关键环节，并通过实例进行验证，结果表明，特殊螺纹接头套管质量控制的最终目的在于满足适用要求，是生产厂和使用者共同的责任；特殊螺纹接头套管质量控制过程主要有需求确定、适用性评价、采购、生产和使用，这些过程通过跟踪形成闭环系统；特殊螺纹接头套管质量控制关键环节包括提高思想认识、选用、标准和适用性评价；实施特殊螺纹套管质量控制可取得良好的结果。

特殊螺纹接头 套管 质量控制

随着石油天然气勘探事业的不断发展，工况条件愈来愈复杂，API螺纹接头套管已无法满足要求，特殊螺纹接头套管用量逐年增大，于是，特殊螺纹套管的质量控制问题逐渐表现出来。现有研究中，多数文献集中在特殊螺纹的介绍[1～6]，包括特点、性能分析及使用，未谈及质量控制。本文通过分析特殊螺纹套管质量控制过程及关键环节，并通过实例进行验证。

1 套管质量与质量控制

质量是指一组固有特性（物理、化学、功能等）满足要求（明示的、隐含的或必须履行的需求和期望）的程度。质量控制是质量管理的一部分，通过采用技术或其他手段满足质量要求。

套管的质量是指套管特性满足要求的程度。套管特性包括：材料性能、结构尺寸（几何、螺纹）、结构性能（密封性和连接强度）及使用（上、卸扣特性）性能；要求包含对标准的符合性（明示）和满足现场使用的要求（隐含）。套管质量控制则是通过一定的手段和方法，来确保套管满足使用的要求。

良好套管质量控制过程包含两方面：生产质量，满足标准的要求，具有良好的可用性，有利于现场操作；使用质量，与套管生产质量具有良好的匹配。因此，特殊螺纹套管质量控制不仅取决于生产厂，还取决于用户如何使用，是生产厂和用户共同的责任。

2 特殊螺纹接头套管质量控制过程

特殊螺纹套管生命过程从确定需求开始，经历适用性评价、采购、生产、使用4个阶段，通过过程跟踪，形成封闭的循环系统，也形成了特殊螺纹接头套管质量控制过程，如图1所示。随着循环次数的增加，质量控制水平不断提高，效果愈明显。以下对各过程进行分析。

2.1 需求确定

满足需求是质量控制的主要目标，明确的需求有利于质量控制工作的开展，特殊螺纹接头套管需求主要包括：为什么选用特殊螺纹接头？所选特殊螺纹接头应具有什么样的特性？需求的确定主要是用户的责任。

在需求确定过程中，用户需要明确尺寸规格、服役的环境和载荷情况。尺寸规格主要由井身结构决定，主要依据油、气井的目的。服役环境情况决定套管材料的选择，例如：具有腐蚀环境的井况需要选用耐蚀合金材料，根据腐蚀程度的不同，可以选用不同的耐蚀材料。载荷情况与接头类型相联系，接头类型决定了套管的生产的难易程度及合格率。

2.2 适用性评价

需求确定了待选套管、待选套管的使用工况和服役环境，但两者能否匹配，匹配程度如何，则必须进行适用性评价，因此，适用性评价是特殊螺纹接头套管质量控制的第2个过程。

适用性评价主要检验特殊螺纹套管在特定工况条件下的使用性能，包括材料性能的评价和使用性能的评价。材料性能的评价主要侧重于环境的适用性，评价重点在于腐蚀性能，并且可预测寿命。使用性能评价主要侧重于整体性能的评价，主要采用全尺寸试验的评价方法。现有全尺寸试验技术足以模拟套管服役过程中的各种工况，并且通过对评价套管的跟踪不断完善。

值得说明的是，适用性评价主要解决技术可行性的问题，主要由具备能力的第三方承担。

2.3 采购过程

采购过程主要解决订货问题，涉及用户、生产厂和第三方检验和/或监理。特殊螺纹接头套管不同于API螺纹接头，不同生产厂有不同的标准。特殊螺纹接头套管具有技术难度大，质量要求高，制造过程复杂，需要协调的问题较多；如果这些问题得不到解决，随后将会出现一系列的争议。

从图1可以看出，如果需求作为起点，采购过程正好是中间环节，可见采购在套管质量控制过程中占据重要位置。采购过程主要解决订货标准和生产厂选择问题。

特殊螺纹接头套管订货标准主要涉及两个方面，材料性能和整体性能指标和检验。对于材料性能而言，若采用API规定的材料或钢级，可采用API标准，若需要特殊的规定，可采用附加的补充技术条件；若采用非API的钢级和材料，则需要商定材料性能指标，当采用耐蚀材料时，除商定材料性能指标外，还需确定检测方法，尤其腐蚀介质的选择。对于整体性能指标而言，需要对密封包络线和极限载荷进行规定，而密封包络线是最容易忽略的问题。由于接头几何参数影响整体性能，订货标准必须规定结合参数公差，且不大于适用性评价采用的公差。

适用性评价解决了技术的可行性问题，一般情况下，可生产满足技术可行性产品的不只一个生产厂，因此，需要对生产厂进行选择。对于用户而言，合适的生产厂是产品质量保证的前提，为此，实施制造厂准入检验制度，对企业的生产必备条件及产品质量进行严格的量化考核，同时采用全尺寸试验的技术手段检验套管使用性能，以考察批量生产能力。

2.4 生产过程

生产过程主要解决套管质量稳定性问题，主要由生产厂承担。特殊螺纹接头套管生产过程需要确定材料体系，并选择合适的生产工艺，确保材料性能满足订货技术条件。研究几何尺寸，尤其螺纹参数的控制范围，制定内控标准，不仅需要满足订货技术条件要求，还要满足使用要求。特别注意，内控标准应严于订货技术条件。

特殊螺纹接头套管不同于其他产品，要求质量100%受控，一根套管质量直接影响一口井的寿命，为此，生产厂需要建立完善的质量控制体系，并严格执行。为了加强质量控制，可采用第二方和第三方的监督模式，如，对套管实行驻厂监造，确保产品在生产过程中质量。对未实施驻厂监造的套管产品，建议进行验证试验。

2.5 使用过程

生产过程保证了套管能够满足技术条件的要求，即满足套管明示要求。实践证明，符合标准要求的套管，如果使用不当，依然发生失效问题，造成经济损失，因此规范使用过程，精心操作，才能达到质量控制的最终目的。

使用过程质量控制分为3个阶段，使用前、使用中和使用后。加强套管使用前检验可以避免生产厂漏检、运输过程损伤等质量问题，主要检查特殊螺纹接头的外观，尤其确认密封面没有损伤，对于耐蚀材料特殊螺纹接头套管，除检查接头外，还要检查套管管体的外观质量。

使用过程主要控制套管下井过程质量。特殊螺纹套管接头与API不同之处在于密封面，因此，套管下井过程中必须保护好密封面，确保密封面没有损坏。为了保证套管接头的密封性能，应严格控制上扣速度，尤其在内、外螺纹密封面接触的前后。上扣时，应采用扭矩仪，真实记录上扣曲线，上扣扭矩应控制在生产厂推荐的范围内，并且上扣曲线上能够清晰地反映台肩扭矩。

为了获得更多的信息，更好的确定需求，用户应该跟踪套管的服役过程，记录套压的变化以及油管起下过程发生的异常现象，同时能够跟踪产出液的变化。

以上分析了特殊螺纹接头套管质量控制过程，阶段不同，责任主体不同，只有不同主体紧密结合并不断跟踪分析才能够完成质量控制任务。

3 特殊螺纹接头套管质量控制关键环节

质量控制与成本息息相关，前述分析表明，特殊螺纹接头套管质量控制过程复杂，难度大，全面质量控制将会引起成本大幅度的提升，为此，抓关键环节，理顺管理线条有着重要的意义。

3.1 思想认识

做好特殊螺纹接头套管质量控制工作，首先需要提高思想认识。质量控制的目的在于保证套管的使用性能能够满足要求，并在油、气井使用寿命内不发生失效。通常，生产厂认为符合标准或技术条件要求就能够满足使用要求，检验合格在使用中就不会出现问题，若出现问题，应是使用者的责任，大部分的争议也在这两个方面。大量实践表明，标准符合性与适用性不同，检验与使用不同。为了确保标准符合性和适用性、检验和使用的统一，需要进行大量的模拟试验，目的在于评价套管选择的正确性，并对套管柱设计进行验证，同时试验结果也可用于指导套管的现场使用。此外，模拟试验也是套管质量控制的重要手段。

3.2 选用

特殊螺纹接头套管选用是套管质量控制的关键环节之一，正确的选择既可以保证套管的安全使用，又可以节约套管的采购成本。套管选用主要解决套管性能与使用工况的匹配问题，有两方面的因素，需求和套管性能。

前文所述表明，需求决定了套管的选择，明晰的服役环境和工况条件是正确选择套管的关键。在服役环境和工况条件不明确的情况下，如探井，应考虑最苛刻情况，此外也可根据套管的性能进行逆向选择。事实上，逆向选择更容易实施。

3.3 标准

特殊螺纹接头套管涉及材料和结构两个方面，其标准应对这两个方面进行规定。由于特殊螺纹接头套管的特殊性，不会有统一的标准和规范，但应坚持以下原则。

材料性能。若采用API或ISO标准规定钢级或材料，则按相关标准的规定执行，若采用或API或ISO标准材料，则须按照服役环境条件进行评价，并由双方共同确定，建议由具有相应技术能力的第三方研究机构组织实施。

结构性能。特殊螺纹接头通常为专利产品，具有独特的结构性能，一般采用生产厂的企业标准，但应提供以下信息及证明资料。

一个较详细地关于螺纹、密封面、台肩和管体尺寸设计特征的说明；一个有代表性的接头截面图表，从而确定拉伸、压缩、内压、外压和弯曲的临界值；一个过程控制计划，这个计划应当详细说明适用的标准和程序，产品生产和检测的相关控制序号和版本号；以书面的形式提供上扣参数，包括螺纹脂的类型、用量和应用方法，以及上扣速度、所需的抬肩扭矩值、最大和最小最终上扣扭矩值及上扣扭矩损耗。这个书面的文件还应当包括控制程序、版本和生产厂的控制计划；接头的修复和修复方法的说明，说明中还应包括程序号和版本号；根据拉伸、压缩、内压、外压和相对于管体的弯曲度提供一个接头性能表；应当充分的考虑接头包络线的载荷，使得载荷能够充分的说明试样实际性能与最小性能即名义等级的关系；明确接头极限载荷值，使得极限载荷能够充分的说明试样实际性能与最小性能即名义等级的关系。

证明材料应以技术报告形式提供。

3.4 适用性评价

适用性评价分为两个方面，即环境适用性和载荷适用性，目的在于满足特殊螺纹接头套管使用性能，评价过程应尽可能接近实际工况。

环境适用性评价。环境适用性评价通常采用NACE评价方法，采用小试样的方式和标准的腐蚀液，在规定应力水平下保持一定的时间，检测其耐蚀性能，全尺寸模拟试验成为发展的趋势。

载荷适用性评价。载荷适用性评价通常采用API RP 5C5/ISO13679[7]，API RP 5C5第3版以前版本主要进行工况模拟试验，侧重于使用性能的评价，API RP 5C5第3版侧重于管子和接头本身承载能力评价，进行载荷适用性评价时，需要综合两个方面，尤其对于工况条件比较明确的情况，简化试验过程，节约时间和成本。

适用性评价的主要内容有：耐蚀性能；上、卸扣性能；密封完整性和结构完整性。耐蚀性能主要确定套管适用的环境，密封完整性通过试验参数和试验程序评价能否用于特定工况，结构完整性主要测试接头承载能力。

载荷适用性评价试验过程主要包括：确定工况，进行试验分级，确定试验方案；试样准备含材料选择、样品加工；上、卸扣试验；密封性试验即包络线试验和失效试验也就是极限承载能力试验。

4 实例

2005年，某油田公司对某区块进行开发，该区块具有腐蚀环境，且为气井，井深在6 000m以上，确定了技术套管的规格，委托管研院完成技术套管的质量控制，为此，管研院与油田公司签订了一揽子合同，包括套管选择、适用性评价、驻场监造及现场监督，结果如下：选用某生产厂抗硫特殊螺纹接头套管；对该套管材料腐蚀性能评价，保证套管满足环境要求；对套管接头进行全尺寸试验，评价其上、卸扣性能，密封性能、连接性能及抗挤毁性能；制定了驻厂监造质量计划和监造实施细则，进行了套管生产全过程监造，确保产品质量稳定，并达到套管订货技术指标；监督现场下井；生产的1 500t套管至今未出现任何问题，达到了质量控制的目的。

5 结 论

本文给出了特殊螺纹接头套管质量及质量控制的定义，分析了质量控制过程和关键环节，并给出了一成功的范例，可得出以下结论：

（1）特殊螺纹接头套管质量控制的最终目的在于满足适用要求，是生产厂和使用者共同的责任。

（2）特殊螺纹接头套管质量控制过程主要有需求确定、适用性评价、采购、生产和使用，这些过程通过跟踪形成闭环系统。

（3）特殊螺纹接头套管质量控制关键环节包括提高思想认识、选用、标准和适用性评价。

（4）实施特殊螺纹套管质量控制可取得良好的结果。

[1]高连新.WSP特殊螺纹接头油井管的研制[J].石油机械,2003(9):33 -36.

[2]许志倩.非API标准Big Omega特殊螺纹接头连接性能数值分析[J].石油矿场机械,2009(6):34-39.

[3]廖凌.汉廷特殊螺纹接头油套管的技术特点与应用分析[J].钢管, 2009(4)：44-47.

[4]王善永.几种特殊套管螺纹接头[J].石油矿场机械,2005(4):83-85.

[5]高连新.石油套管特殊螺纹接头的密封设计[J].机械工程学报, 2005(3):216-219.

[6]杨智春.特殊扣套管接头的应力及密封特性分析[J].机械科学与技术,2004(7):771-773.

[7]李瑞涛.特殊螺纹接头的研究现状分析[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

韩新利（1966-），男，陕西蒲城人，硕士，高级工程师，主要研究方向为油井管质量监督检验及研究。

张箫铃

2010-12-02