TP-JC螺纹油管现场试验评价与运用

吕庆钢

中国石化西北油田分公司物资供应管理中心 （新疆 轮台 841600）

API标准的油管螺纹包括不加厚油管圆螺纹和外加厚油管圆螺纹[1]，外加厚油管圆螺纹主要用于对接头连接强度要求较高的井况。由于其结构设计方面的原因，存在以下弊端：密封性能不强、螺纹修扣次数受限、短节及附件加工困难、抗黏扣能力较差、管端敦粗引起加工工艺比较复杂及生产效率低等问题。

国内外主要的石油专用管生产厂都开发了特殊的扣型并申请了专利，此类专利扣型在设计时大都采用改进API偏梯形螺纹＋密封扭矩台肩。通过改变螺纹齿高、螺距甚至螺纹承载面及导向面的角度来提高螺纹的抗黏扣性能，从而保证螺纹接头的连接强度。同时，利用金属结构密封面的过盈配合和台肩位置来确保密封性能。国内油田已使用的主要气密封特殊扣包括：NEW VAM、VAM TOP、FOX、BEAR、BGT1、 TP-CQ、TP-FJ等油管特殊扣螺纹，这类特殊螺纹[2]都在达到外加厚螺纹的连接强度同时，具备很好的气密封性能。在国内外各油田气井、高温高压井、深井或超深井中成功使用。但是此类特殊螺纹普遍存在以下缺点：采购成本比外加厚螺纹高30%、螺纹加工精度要求高、制造工艺复杂、配套短节采购困难、修复加工精度要求高及成本高、密封部位容易损伤、现场使用操作条件要求苛刻等问题。

设计开发一种没有端部加厚但连接强度不低于API外加厚圆螺纹；不采用端部金属密封结构但具有可靠的气密封性能；抗黏扣能力强于外加厚圆螺纹；采购价格不高于API外加厚圆螺纹的新型油管螺纹。同时，提高废旧油管修复再利用的次数，使油管的修复不再受加厚区长度限制或端部金属密封螺纹加工工艺复杂的限制，已成为油田的现实需求和工厂提高加工效率的需要。

1 TP-JC油管接头的结构特点

API外加厚圆螺纹（EUE）采用API等角三角形圆螺纹牙形设计，承载面角度30°，导向面角度30°；而TP-JC螺纹采用锯齿形（近似直角三角形）圆螺纹牙形设计图1。

图1 TP-JC与API加厚油管接头对比示意图

2 TP-JC油管现场试验评价与运用

2.1 抗黏扣性能现场试验

A1井和A2井进行了TP-JC螺纹油管的现场上卸扣抗黏扣性能试验。

2.1.1 A1井抗黏扣试验

在 A1井对Φ88.9mm×6.45mm TP110S TP-JC螺纹油管的抗黏扣性能进行了第一次现场试验，按照厂家推荐的扭矩，最小2 448N·m；最佳3 060 N·m；最大3 670N·m；进行了3组现场端的上卸扣试验。每组4上4卸，人工引扣，低速档上扣，上扣过程中接箍温度与环境温度一致；卸扣后公、母扣完好，温度无异常。

为检验该螺纹的极限抗黏扣性能，又做了第4组上卸扣试验。首先以3 300N·m进行了8次上卸扣，第8次卸扣后发现公端从小端起第6～9牙发生轻微黏扣，经修磨后以3 500N·m又上卸扣2次，发现母扣和公扣的大端 （不完整螺纹部位）磨损较严重、公端的小端起第3～13牙承载面产生毛刺（经修磨后仍可继续使用）、母端大端起第1～10牙磷化膜脱落。

经过以上试验，将上扣扭矩调整为最小2 970 N·m；最佳 3 300N·m；最大 3 960N·m；并全井下入了Φ88.9mm×6.45mm TP110S TP-JC试验油管。该井共使用试验油管581支，下深5 505m，上扣位置非常稳定，没有油管被甩出。

A1井进行转抽修井作业，共起出TP-JC油管577支，经认真检查，发现有4支油管黏扣，黏扣比例为0.69%，远低于外加厚油管的历史经验数据5.82%。

2.1.2 A2井抗黏扣试验

在A2井对Φ88.9mm×6.45mm TP110S TP-JC螺纹油管进行一组最大扭矩上卸扣试验，按3 960 N·m的扭矩6上6卸。前4次上卸扣未发生黏扣，在第4次卸扣时公扣未完全退出母扣，导致第5次上卸扣后公扣的第一不完整扣金属突出、变尖；在未进行修磨的情况下继续进行第6次上卸扣，造成母扣的1～6扣磨尖、变形，公端有效螺纹内1～7扣的齿形损伤。

该井共使用试验油管631支，下深5 999.97m，上扣位置非常稳定，没有油管被甩出。

A3井、A4井、A5井和A6井，都全井下入了试验用的 Φ88.9mm×6.45mm TP110S TP-JC螺纹油管，入井过程中没有油管被甩出。

现场试验表明，TP-JC螺纹油管能保证API推荐的上卸扣4次的要求，抗黏扣性能优于外加厚圆螺纹。

2.2 抗拉强度和液体密封性能现场试验

为检验TP-JC油管螺纹的抗拉强度和密封性能，在选择试验井时选择了4口需要进行酸化压裂施工的井（A1井、A2井、A3井和A4井）。

在实施酸化压裂的4口井中（表1），试验油管最小下深5 500m、管串重量在75.1t以上，最大下深5 997.97m、管串重量 81.65t；最高施工压力91.3MPa，最低施工压力56.6 MPa，管串均未发生滑脱，未发生泄漏。

表1 试验井酸化压裂参数

A5井中，完井后由于油管被稠油堵塞，进行了挤稀油解堵作业，正挤稀油施工最高泵压55MPa；后来连续油管解堵，最大下深3 000m，正挤51次，最高泵压 50、64、60MPa，套压 21.1～21.0MPa，解堵成功。TP-JC螺纹油管在长时间高泵压的状态下未发生泄漏。

现场试验证明，TP-JC螺纹油管的抗拉强度和液体密封性能不低于外加厚圆螺纹。

2.3 气密封性能现场试验

根据TP-JC油管螺纹在试验室评价时的气密封试验结果，在A4井对TP-JC螺纹油管进行了气密封性能的现场检测。

试验介质采用氮气与氦气混合气体[3-4]，检测压力≥77MPa（取Φ88.9mm×6.45mm TP110S油管抗内压强度的80%）。待测油管上扣旋紧到要求的扭矩后，将卡封器放入到待测油管，把检测集气套扣在油管接箍上，保证检测空间气体稳定并防止泄露气体飘走；将氦氮混合气体打压至检测压力77MPa，稳压20s；把检漏仪探测头插入检测护套的通孔，停留时间10s，检测氦气泄露率，泄漏大于1.0Pa·mL/s的判定为不合格。

根据对部分推广效果好的端部金属密封结构的气密封扣检测的经验数据，此次试验的TP-JC螺纹的密封检测结果与有端部金属密封结构的气密封扣密封效果相当。

A7井和A8井气密封采取了40MPa和50MPa低压测试和77MPa高压测试的梯度压力测试的方法，并且将泄漏标准由≤1.0Pa·mL/s提高到≤0.1Pa·mL/s为合格，具体试验情况见表2。

表2 气密封检测情况

试验证明：Φ88.9mm×6.45mm TP-JC螺纹油管在77MPa的压力下泄漏率为2%，在50MPa压力下具备气密封能力，可以满足低压气井的使用要求。

2.4 现场操作试验

在已完成的8口井TP-JC螺纹油管的入井作业中，油管队普遍反映该螺纹认扣容易、扭矩大小适当、位置准确、不易错扣、操作方便，比外加厚圆螺纹油管更具实用性。

带有端部金属密封结构的特殊螺纹，其密封面是保证接头密封效果的部位，也是最易损伤的部位，轻微的密封面损伤就会造成密封失效。所以在现场施工操作中对端部密封结构保护的要求非常严格。而TP-JC油管螺纹没有端部金属密封结构，对现场施工操作要求与EUE螺纹一样，便于作业。

现场操作试验证明，TP-JC螺纹油管对现场施工操作的要求与EUE螺纹相同，且更易认扣、操作方便。

3 结论

1）抗黏扣性能现场试验表明Φ88.9mm×6.45mm TP-JC螺纹油管能保证API推荐的上卸扣4次的要求，抗黏扣性能优于外加厚圆螺纹。

2）抗拉强度和液体密封性能现场试验，Φ88.9 mm×6.45mm TP-JC螺纹油管的抗拉强度和液体密封性能不低于外加厚圆螺纹。

3）气密封性能现场试验表明TP-JC螺纹的密封检测结果与有端部金属密封结构的气密封扣密封效果相当。Φ88.9mm×6.45mm TP-JC螺纹油管在77MPa的压力下泄漏率为2%，在50MPa压力下具备气密封能力，可以满足低压气井的使用要求。

4）现场试验，TP-JC螺纹油管对现场施工操作的要求与EUE螺纹相同，且更易认扣、操作方便。

[1]API Specification 5B-2008 Specification forthreading,gauging and thread inspection of casing,tubing,and line pipe threads[S].

[2]王善永，杨俊义，宋志平,等.几种特殊套管螺纹接头[J].石油矿场机械,2005,34（4）：83-85.

[3]ISO 13679-2002 Petroleum and natural gas industries-procedures for testing casing and tubing connections[S].

[4]API Recommended Practice 5C5-2003 Recommended Practice on Procedures for Testing Casing and Tubing Connections[S].

[5]GB/T 9253.2-1999套管油管和管线管螺纹的加工测量和检验[S].