北美特殊扣套管综述

尹 蓓，梅 丽，张 军

（1. 中国石油长庆油田分公司物资采购管理部，西安 710016；2.天津钢管集团股份有限公司，天津 300301）

北美特殊扣套管综述

尹 蓓1，梅 丽2，张 军2

（1. 中国石油长庆油田分公司物资采购管理部，西安 710016；2.天津钢管集团股份有限公司，天津 300301）

介绍了北美生产和应用比较广泛的Ultra-DQX、USS CDC、Tenaris Wedge500、Tenaris Blue、Seal-Lock Apex等几种套管特殊扣的螺纹形式、密封形式、扭矩台肩等结构特点，阐述了特殊扣的优缺点和适用特点。结合国内套管特殊扣的开发和使用情况，指出了国内套管特殊扣的使用和开发过程中需要解决的问题，对国内自主知识产权的油套管特殊扣产品的开发提出了建议。

北美；油井管；特殊扣

1 引言

在石油工业发展过程中，随着油气井钻采作业向更大井深、更高压力和温度，更苛刻工况条件，以及非常规油气资源的方向发展，石油油井管常用的API SC、API LC和API BC已难以满足油田的开发要求。世界各大石油油井管制造厂都致力于开发连接强度和密封性能更优越的特殊扣油井管。

北美地区油气资源丰富，全球有近1/5的大油气田分布其中。北美的石油公司在地质构造复杂区块的钻采作业和海洋石油开采过程中，大量设计和使用特殊扣油井管，以提高工程的安全性、可靠性和油井的开采寿命。特别是在页岩井、超深井、高压油气井、斜井、水平井、热采井等开采难度较大的井况中，大都采用各种类型的特殊扣油井管。钻井新技术的发展也大大促进了各油田对特殊扣油井管的使用。以下是在北美使用较多的特殊扣产品。

2 Ultra-DQX接头

DQX特殊扣接头是TMK公司的产品，由美国Ipsco公司生产。它采用接箍的连接形式，其特点是抗过扭能力高，加工效率高，特别适用于页岩井、水平井、大位移井和套管钻井。

2.1 螺纹部分

DQX接头采用其专利技术的全接触螺纹形式。该螺纹是梯形螺纹，但与API BC螺纹形式不同。API BC接头啮合后，在导入侧有间隙，在承载侧、齿顶及齿底均有接触，而DQX接头啮合后，与四个侧面均接触。全接触螺纹的优点是接头的拉伸和压缩能力高。

2.2 对顶拧接

DQX采用管端与管端对顶的形式，工厂端拧接到接箍中心，现场端拧接时与工厂拧接端对顶。由于两个管端端面对顶接触后产生少量的轴向过盈，所以接头具有一定的气密封能力。

结构上的这些特征使DQX接头除了部分厚壁规格外，拉伸和压缩性能都达到了管体屈服强度的100%，并且抗过扭能力和弯曲性能高于同规格的API BC螺纹。

3 USS CDC接头

USS CDC特殊扣接头是美国钢铁联合公司的产品。它采用接箍的连接形式，特点是成本低，加工效率高，特别适用于大位移井、页岩井、套管钻井等。

3.1 螺纹部分

CDC接头采用API的偏梯螺纹连接。但与API BC不同的是，CDC工厂端的公端中径大于现场端的公端中径，所以工厂端的拧接扭矩大于现场端的扭矩，这样的好处是可以避免在现场上扣时，工厂端的松动。

3.2 对顶拧接

CDC采用管端与管端对顶的形式，工厂端拧接到接箍中心，现场端拧接时与工厂拧接端对顶。由于两个管端端面对顶接触后产生少量的轴向过盈，所以接头具有一定的气密封能力。

基于以上特征，CDC接头的拉伸强度等同于管体，并且抗过扭能力优于API BC螺纹。由于CDC没有密封部分，而且螺纹形式为API螺纹，所以加工成本较低，属于经济型特殊扣，更适用于中低压井。

4 Tenaris Wedge 500系列接头

Wedge 500系列特殊扣接头是美国Hydril公司研发的产品，在被Tenaris公司收购后，并入Tenaris特殊扣产品家族。Wedge 500系列共8种特殊扣，除了Wedge 563外，其余7种都是无接箍连接。它适用于水平井、页岩井、大位移井、高温/高压井。

4.1 螺纹部分

Wedge系列接头采用楔形螺纹形式。楔形螺纹的特点是扭矩大，抗压缩和拉伸的能力高。Wedge螺纹啮合后，中间部分的螺纹完全接触，被认为是次密封结构。

4.2 密封部分

金属-金属的主密封结构并不是设计在管端，而是据管端有一小段距离，在保证了气密封性能的同时，有效防止了接头在倒运中的磕碰损坏密封面。

4.3 拧接定位

由于楔形螺纹本身特点，Wedge系列扣型没有传统的扭矩台肩。此扣型的上扣以Tenaris所推荐的扭矩上扣，但最终判断是以位置作为标准。Wedge系列扣型在公端螺纹末端滚压有环状斜条纹路（代替三角形标记）作为位置标记。拧接越多，密封面接触应力越大，密封越好。并且由于其不存在扭矩台肩对顶，所以在公端管端与母端台肩处存在间隙。此位置可以用于安装CB-ring（特氟龙圈）。如生产内涂层管，此设计将具有很大优势，提供了很好的连接部分的抗腐蚀密封性能。

楔形螺纹的本身特点决定了Wedge系列特殊扣的抗过扭能力高，其拉伸和压缩性能都达到了管体屈服强度的80%以上，并且主密封和次密封结构同时存在，该扣型的气密封能力达到管体的100%。

由于Wedge 500系列特殊扣大多采用半直连型连接，所以在小井眼小间隙固井，特别是套损井作业中具有重要的用途，对资源再利用具有良好的经济效益。它也常常用于页岩井的水平段、水平井及大位移井。

5 Tenaris Blue接头

Tenaris Blue接头是阿根廷Tenaris公司的特殊扣产品。它采用接箍的连接形式，特点是气密封性能优异，可以承受较大的弯曲和压缩载荷，特别适用于无丝扣油技术。

5.1 螺纹部分

Blue接头采用梯形螺纹形式，承载侧3°，导入侧25°，油管螺距5牙/in，锥度1∶16；套管螺距4牙/in，锥度1∶12。螺纹啮合形式为齿顶间隙，齿侧过盈。较大的导入侧角度，方便对扣，不易错扣，而齿侧过盈的形式能保证接头的抗压缩能力。

5.2 密封部分

采用球对锥的金属-金属的密封形式，由于密封球面的半径非常大，密封面接触面积较大，所以能够在各种载荷的作用下保持较好密封面接触压力和接触长度，从而保证密封结构完整性。

5.3 扭矩台肩

采用-8°的扭矩台肩，提供精确的拧接定位。负角度台肩与密封面构成的“楔形效果”加强金属-金属密封面的密封能力。

Blue接头的各项性能都比较优异，并且可以用于Tenaris的无丝扣油技术。另外，Blue特殊扣还有另外两个延伸品种：用于热采井和SAGD井况的Blue Thermal Liner特殊扣；用于小井眼的无接箍Blue Near Flush特殊扣。

6 Seal-Lock Apex接头

Seal-Lock Apex接头是美国Hunting公司的特殊扣产品。它采用接箍的连接形式，适用于各种苛刻井况。其显著特点是密封面接触面积很大，能保证很好的密封性，但是同时存在粘着的风险。

6.1 螺纹部分

Seal-Lock Apex的螺纹采用其专利技术的倒钩形粗牙螺纹，螺纹承载侧为负角度，大部分规格的螺距都是4牙/in，所以公母螺纹上扣时不易错扣，且由于手紧到机紧拧接圈数少，接箍所受的环向张应力较小。

6.2 密封部分

采用锥对锥的金属-金属的密封形式，螺纹端部的密封部分的长度很长，而且密封面接触面积大，密封效果好。

6.3 扭矩台肩

采用负角度扭矩台肩，提高了接头的抗复合载荷能力。

Seal-Lock Apex特殊扣具有北美特殊扣的显著特点：密封面部分很长。另外，Hunting公司的Seal-Lock系列还有Seal-Lock HT、Seal-Lock HC、Seal-Lock Boss、Seal-Lock Flush等特殊扣产品。

7 结论

北美的特殊扣有半特殊扣和气密封特殊扣两种类型。

半特殊扣以Ultra-DQX和USS CDC为代表，是在API偏梯螺纹的基础上进行一定程度的优化而成的。其特点是价格相对便宜，加工效率高，接头抗弯曲性能好，抗过扭能力强，并且具有一定的密封能力。但是由于没有专门的密封面，气密封能力相对较低。北美页岩气的开采非常广泛，对油层套管的要求是具有抗大扭矩能力、一定的气密封能力、具有较大抗弯曲能力和抗轴向压缩能力，所以半特殊扣特别适用页岩井。

气密封特殊扣产品如Wedge 500系列、Blue、Seal-Lock Apex等，其特点是生产难度较大，加工效率低，尤其是Wedge 500系列扣型，大都是加工在墩粗或者扩口后的管端，修扣困难，所以价格昂贵，交货期也比较长。但是这类气密封特殊扣的密封性能、抗拉伸、弯曲、压缩性能优异，适合用于水平井、大位移井、高温高压等复杂井况。

8 展望

我国各油田大多都使用过特殊扣油井管，特别是在大位移井、超深井、高压油气井、稠油热采井和腐蚀比较严重的油气井等的钻采作业中。前些年国内各油田分别使用过日本的FOX、Bear、法国的VAM系列、美国的Seal-Lock系列、阿根廷的Blue系列等特殊扣油井管。国内特殊扣油井管的设计和生产早在十几年前就已经开始。近几年来，随着石油天然气的钻采工程量日益增大，井况条件却越来越差，对油井管的要求越来越高。为了填补国内空白，替代国外产品，我国生产油井管的大型骨干企业也都加大了设计和生产特殊扣油井管的力度。如天津钢管公司开发的TP系列十余种特殊扣，宝钢开发的BGT1等特殊扣，无锡西姆莱斯开发的WSP-1等特殊扣，衡阳钢管开发的HSM-1等特殊扣。其它一些油套管生产厂也在研制开发特殊扣产品，以求在未来油井管的市场上能占有一席之地。但是目前我国特殊扣接头的研发还没有完全摆脱国外产品的影响。特别是在密封结构设计、螺纹过盈量控制、一致性设计、无丝扣油技术等方面缺乏深层次的理解，大部分的开发都只限于在对国外成熟产品的基础上略微修改而进行的。因此，笔者对国内的自主知识产权的油套管特殊扣产品的开发提出以下几点建议：

借鉴已有特殊扣接头产品的成熟技术，结合油气田的不同区块和不同井况的需求，有针对性地开发，即高性能特殊扣和经济型特殊扣齐头并重，并且可以在自己现有产品的基础上，进行新一代产品的开发或改进。

将全尺寸实物评价试验与有限元模拟仿真模拟技术相结合，实物试验的程序按照ISO13679标准进行，这样可以减少试验次数，最大限度地缩短开发周期，降低研发成本。

注重环保，利用新的涂层涂覆技术，减少或去除螺纹脂的用量，实现产品环保化开发。

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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，经济师，主要从事物资采购管理工作。