油套管圆螺纹连接粘扣的原因分析及预防讨论

杜倩

【摘要】油套管因为多次的起出和下入，且工作环境较为恶劣，接箍与管体管端的螺纹连接容易出现粘扣的情况。本文主要是介绍了接箍与管体的连接方式，分析产生粘扣的原因，探讨改善的方法。

【关键词】油套管 粘扣 螺纹

油套管在石油勘探开采中使用较多，在每口油井从开钻到钻进再到完钻的过程中，根据不同情况下入套管管柱，以形成套管和钻孔之间的环形空间，最后通过水泥注入得到封固。这样可以有效的避免开孔塌陷、变形、错位和泄漏等，从而维持油井的正常工作及长期运行。每口井使用的套管数量都是上百个，甚至有深井中的上千个，管柱之间靠接箍连接，而只要有任何一支接箍或者管出现问题，都会导致整口井报废，造成巨大的损失。油管是在油井内下入到套管的管柱，其作用是为了保证原油的输送，在实际操作中，可能进行起出和下入等操作，如果操作的次数达到十几次或者更多，就容易造成螺纹粘扣。

油套管在勘探中的用量极大，约为所有使用油井管的80～90%，而油罐约占油套管总量的五分之一，需求量也非常大。油井之间存在着很大的差别，地址与油层结构的复杂造成了生产原油的形态不一，在流动性、腐蚀性以及自喷能力上都存在差别，还有原油因CL-，CO2离子和H2S等造成很强的腐蚀性，这就需要通过管柱进行注高压水、注酸压裂、注蒸汽以及井下加热等操作，且井深的还存在浅井、深井、超深井的区别。原油的集输都是通过油管来完成，油管之间的连接是通过螺纹连接，这就对油管自身的强度、刚度、耐磨性和抗腐蚀能力，且对连接的强度和密封性都有较高的要求。特殊的工作环境下的油管更要有特殊的性能要求。油管所处的工作环境复杂，就需要有严格的材质和苛刻的技术条件要求。

1 螺纹粘扣形成的原因分析

1.1 螺纹连接介绍

油套管管柱与接箍的连接时通过内外螺纹连接，油管端为外螺纹，接箍端为内螺纹。采用这种螺纹连接的优势在于有足够的连接强度，性能稳定且能较好密封。由于作用中需要拆装，螺纹连接更利于装卸，可以在不损坏管体和接箍的情况下多次重复使用，适合于油田现场作业。

螺纹连接的质量的影响因素有管材材质和螺纹的加工质量，其中加工质量包括螺纹的形状、尺寸、锥度角以及表面粗糙度等，加工过程中刃具的使用、润滑冷却不当、切削速度不匀都会影响到螺纹的形状尺寸，造成切削表面的裂纹、毛刺等缺陷，这类问题就直接导致了使用过程中的螺纹端口、泄漏和粘扣等问题。在生产中影响最大也最多的就是粘扣问题，其直接影响到管柱的拆装和使用，会使得螺纹变形而损坏，更有甚者出现严重粘扣而无法装卸，造成油井的停产。因此对螺纹粘扣的机理分析和防止方法讨论有着一定的现实意义。

螺纹连接的强度是与接触面的大小相关，接触面大小受齿型角和螺纹锥度的影响，齿型角越大则接触面越大，锥度角越大则接触面越大，轴向强度会降低，反之则相反。螺纹连接的稳定性与接触面成正比，越大的接触面积会有越大的摩擦阻力，获得更好的连接稳定性，在对稳定性影响最大的是锥度角，越小的锥度角能获得越好的稳定性。螺纹连接的密封性受到螺纹形状、尺寸、表面粗糙度以及接箍镀层和螺纹脂相关，尺寸精度和表面粗糙度造成的影响最大。拧接力矩小则表明连接强度小、稳定性差，容易造成螺纹滑脱和松动的现象，过大的拧接力矩就容易造成粘扣现象。

1.2 螺纹加工分析

油套管和接箍的螺纹一般采用数控切削机床配合特定的刃具来进行切削加工，螺纹的精度就会受到机床、样板、刃具、工模具和量具的自身误差影响，要想获得高精度的螺纹，就需要不断的优化螺纹的加工方法和手段，切削机床选用高精度、高度自动化的设备，使用专用的螺纹切削刃具和量具，实施规范化操作，运用科学管理模式来获得优质加工螺纹。

1.3 螺纹粘扣位置

管体与接箍的螺纹连接如图1所示，通过一定的拧接力矩进行拧接，使图中的A未0，拧至螺纹消失点平面，形成紧密矩重合。有时会出现两种非正常状况，一种是在没有达到规定的拧接力矩而出现了重合或者超过重合位置，这就会形成滑脱和松动的情况。还有一种情况时在达到规定值的拧接力矩或者更大而仍不能是螺纹重紧密，外露的螺纹扣数超过规定值。实际操作中，操作人员按习惯会继续加大拧接力矩，在过大力矩的作用下会出现局部发热，拧紧后不易卸开，部分螺纹会出现严重变形、断裂等缺陷，严重情况下会造成螺纹粘扣而报废。通过长期的观察总结，可以发现出现螺纹粘扣的程度与加工螺纹应力的分布存在关系，发生粘扣的位置也与应力的分布和大小有直接联系，相对于接箍，管体管端的螺纹有着更高的粘扣几率，且强度也更大。

1.4 粘扣形成机理

通过以上分析可以发现，内外螺纹之间的应力分布不均以及尺寸累计偏差是造成螺纹连接发生粘扣的主要原因，因为这些原因导致所需的拧接力矩增大，过大的力矩直接导致了螺纹局部出现不均匀变形，金属晶格在此作用下出现扭曲变形，释放出大量热量造成局部温度升高，降低了金属的熔点，而螺纹在高温、高压作用下就出现了焊接融合作用，形成粘扣。

2 预防粘扣的方法讨论

要想防止螺纹的粘扣，首先需要从提高螺纹的质量开始。选用高精度的金属切割机床、优质刃具以及高精度的专用工具来提高管体和接箍螺纹的尺寸和精度，使其精度要求达到APISPEC STD5B规定。采用不低于V6级进行粗糙度控制，改善螺纹表面的粗糙度。在螺纹表面镀层处理时需保证均匀、牢固，厚度从8到16μm，不出现起泡、阴阳点、沉积物以及黑斑点等缺陷。使用的螺纹脂不应导致螺纹的腐蚀和变质。对螺纹的尺寸需要按照规定进行逐一检测，做好分组和标识。在螺纹连接的过程中，采用手紧连接时，要充分考虑到内外螺纹的间隙值，做到合理配合，这也是防止粘扣的关键方法之一。为保证连接的可靠性和合理性，可以对手紧螺纹抽样进行拧接机上进行试验，确保螺纹的完整良好无缺陷，且不存在粘扣现象。对带接箍管体可以采用水压试验来保证其密封性，在稳压不少于5S的情况下，不发生泄露和冒汗的情况。

关于油套管连接防止螺纹粘扣，需要通过不断的实践摸索，选出最佳的螺纹配合方法，改善螺纹的加工工艺，减少应力分布不均匀带来的影响，且在操作中需小心谨慎，最后做好检验工作。

参考文献

[1] 白鹤，贾宏安，党涛，何石磊，唐俊，张歌.我国油套管特殊螺纹接头质量探讨[J].焊管2012，9

[2] 郭雄，谢祖武，陈文，李辉.特殊螺纹石油套管连接性能力学分析及计算[J].装备制造技术2012，9