便捷快速上扣石油管接头设计.pdf

石油天然气学报2 0 1 2 年 9 月第 3 4 卷第9 期 J o u r n a l o f Oi l a n d Ga s T e c h n o l o g y S e p ． 2 0 1 2 Vo 1 ． 3 4 N o ． 9 便捷快 速上 扣石油管接头设计 姜清兆 ，王跃 曾 唐海雄 ，X U t L 中海石油 中国 有限公司深圳分公司海外及深水作业 办公室， 广东深圳 ’ 。 。 。 李 中 中 海石油 中国 有限公司湛江分公司， 广东湛江5 2 4 0 0 0 张新平 中 海石油 中国 有限 公司 深圳 1分公司 海外及深水作业办公室， 广东LJ II 5 1 8 0 6 7 [ 摘要]介绍 了一种在原来 A P I 专用偏梯型扣 的基础上进行改进的新型便捷快速上扣石油管扣 型接头。通 过对每英寸螺牙数、锥度 、螺牙形状 、密封形式、扭矩台肩等方面进行 改进 ， 在 高抗 拉和 高抗压 性能、 防 止涡流发生、高耐疲 劳性能以及下管速度等方面获得 了更加优异的性能。 [ 关键词]便捷 ；快速 ；上扣；石油管扣 型；设计 [ 中图分类号]TE 9 5 3 [ 文献标 志码 ]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 2 O 9 0 3 3 4 一O 2 海洋石油勘探开发的应用环境和成本要求对石油管扣型接头提出了更高的要求 ，要求在满足综合使 用性能的同时 ，还要满足快速上扣和延长使用寿命 。因此，石油管扣型接头的改进设计对于海洋石油行 业 降低综合 作业 成本 具有 重要意 义 。为 此 ，笔 者 主要介 绍 在 原来 AP I 专用 偏 梯 型扣 的基 础 上 进行 改 进 后 的一种 新型快 速丝 扣接 头 的设计 。 1 偏梯形丝扣接头的优缺点分析 AP I 偏梯形丝扣作为一款优秀的经济性丝扣已经被全球绝大多数石油天然气作业 区块所接受并为广 大作业者认同。作为 A P I 标准丝扣 ，偏梯扣的优点为生产规范，维修方便；抗拉强度高 。其缺点为 抗压性能不足 ；用于大 口径管时不易对扣 ；密封性能较差 ；高流速下在 “ 扭矩台肩”区易出现涡流冲蚀 现象 ；上 扣过 程不 易控制 ；耐疲 劳性 能低等 。 在某些作业环境如海上作业时，所使用 的丝扣必须拥有 良好的机械性能且易上扣。偏梯扣的上述缺 点成 了制约其在这些作业环境下使用的主要 因素 。 2 改进设计 为 了解决 以上 问题 ，就需 要对偏 梯扣 进行 改进 ，在保 持其原 有优 点 的情 况下 对其存 在 的不 足进行 针 对性 的改 进 。为 了获得所 需要 的性 能 ，对偏 梯 扣进行 以下几 个方 面 的改进 。 2 ． 1 每 英寸 螺牙数 每英 寸螺 牙数 即丝扣 上一 英寸 长度范 围 内有 几颗 螺牙 。每英 寸螺 牙数 可 以体 现丝 扣在 上至最 终位 置 前所 需要 旋转 的圈 数或丝 扣螺 牙 间相对滑 动 的距离 。每 英 寸螺 牙数 越 多 ，上 紧所 需要 的圈 数也 就 越 多 ， 螺 牙间滑 动距 离也 就越长 。 由此可知，为了提高丝扣的上扣速度，可以采用降低丝扣每英寸螺牙数的方法 ；但是，减少丝扣每 英 寸螺 牙数 也会 降低丝 扣 的连接强 度 。所 以 ，快速 上扣 接头在 设计 时必须 在每 英寸 螺牙数 和丝 扣连 接强 [ 收稿日期]2 0 1 20 61 2 [ 作者简介]姜清兆 1 9 7 5一 ，男 ，2 0 0 7年中国石油大学 华东毕业 ，工程师 ，现主要从事海洋钻 完井技术和管理工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第 9期 姜清 兆等 便捷快速上扣石 油管接头设计 度间找 到合 理 的平衡 。 目前最 成功 且使用 最 为广泛 的快 速上 扣接 头 的每英寸 螺牙 数为 3颗 或 4 颗 。 2 ． 2锥 度 对于石油专用管丝扣来说 ，锥度越大意味着越容易对扣。所以快速上扣接头特别是应用于大 口径钢 管上的快速上扣接头都对螺纹锥度进行了特别设计以达到快速无障碍对扣的目的。 2 ． 3螺 牙形状 螺牙形 状 主要是 指螺 牙 的对 扣 角和承 载角 度数 。对 扣 面是 丝扣 对 扣过 程 中螺牙 之 间 首先 接 触 的面 ； 对扣角是螺牙对扣面与钢管轴线垂直面之间的夹角 。承载面是丝扣承受拉伸载荷 时螺牙之间的接触 面； 承 载角是 承载 面与钢 管轴 线垂 直面 之间 的夹角 。对 扣面是 对 扣过程 中的引导 面 ；对 扣角 越大 钢管 公扣越 容 易进入母 扣 ，换句 话说 ，对 扣角 越大对 扣越 容易 。 但是 ，过 大 的对 扣角 会导 致钢 管在 承受压 缩载 荷 时公 扣 易被挤 入母 扣 。因此 ，在丝 扣设 计过 程 中必 须 在对扣 难易 程度 和对扣 角 的大小 之 间找到合 理 的平衡 点 。 2 ． 4扭 矩 台肩 对 于石油 专用 管丝扣 来说 ，设 计扭 矩 台肩将上 扣扭 矩值 限定 在规 定 的数 值 内 ，操作 时反映 明显 。 1 密封 AP I 油 套管丝 扣 的密封 性能 较差 ，这是 由于其密 封是 纹脂在 井 下环 境 中并 不稳 定 ，有 可 能会在一定时间流散，因此这种密封形式只能提供一定 的流体密封。对于拥有扭矩台肩的丝扣来说 ，上 紧后公扣鼻端纹脂可对丝扣提供双重密封效果并显著提高气密封性。 2 上扣控制 AP I 丝扣的上扣位置由管体上的三角标来确定；所施过程中过度上扣和判废的情况 时有发生。而拥有扭矩台肩设计丝扣的上扣扭矩值 由生产厂家可 以大大降低 由于错误上扣导致的判废现 象 发生 。 3 抗 压缩性 能 当 AP I 丝扣 在压 缩载 荷作 用下 时 ，对 扣 面是承 受载 荷 的唯一部 位 。而拥有 扭矩 台 肩 设计 的丝 扣 ，台肩是 承受 压缩 载荷 的首要 部位 ，丝 扣对 扣面 提供辅 助支 撑 ，这个设 计显 著提 高 了丝扣 的抗压 缩性 能 。 4 使接 箍环 向应 力最 小化 AP I 丝扣 上扣 过程 中由于无 扭矩 台肩控 制 ，易 出现 过度 上 扣现 象 ，过 度上扣会显著增加接箍环向应力并 降低丝扣 的抗疲劳性能 。内部扭矩 台肩的存在可以对过度上扣起到阻 止 的作 用 ，因此 不会在 接箍 上产 生额外 应力 ，从 而使 丝扣 的耐 疲劳性 能 大大增 加 。 5 涡流控 制 扭 矩 台肩使 丝扣 获得 与管 体 内径等径 的内膛平 滑设 计 ，因此 可 以消 除涡 流 冲蚀 现象 的 发生 。 3 快速简 易扣型特点 快 速上 扣接 头是 一款 无金属 密封 的高性 能 接箍 型快 速上扣 接头 ，专 门设计 应 用于大 口径 表层套 管 和 技术套管。主要特性包括 简易对扣 ，无错扣风险，快速上扣且 即使过扭矩上扣仍能保持其机械完整 性。扭矩台肩设计可实现无障碍简易上扣 。 4 应 用结果 目前 ，便捷 快速 上扣 石油管 接 头 2 0 i n和 1 3 ％i n套 管接 头 已在 中国海 域 的海 上钻 完井 作 业 中成 功应 用 。它与 AP I 偏梯 扣套 管下管 速度 的对 比结 果见 表 1 ，下套管 所需 时 间对 比结果 见表 2 。 下转 第 3 4 5页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第 9期 高亚 丽等 K7 1 断块管杆偏磨腐蚀现状及 治理对策 能参数 可 以看 出涂 层 的成分 、组 织结构 、硬度与 油管 相差 很大 ，可 以阻止和 延迟最 初 粘着磨 损 的发生 。 3 ． 3采用 其他 防治措 施 对 于一 口油井 来说 ，当泵挂 深度不 同 ，油井 的偏 磨程 度也 会不 同 ，而且 油井偏 磨会 随着 泵挂 深度 的 增 加 而增加 ，因此 ，在产 液量不 变 的情况 下 ，尽 可 能采用 长 冲程 、低 冲次 、上提 泵挂 ，减少 油井 偏磨 次 数 ，延长管 杆使 用寿命 。合 理 设 计 尾 管 长 度 ，减 少 底 部 油 管 弯 曲 。加 强 杆 管 管 理 ，避 免 超 期 服役 管 杆下 井 。 4结 论 1 对 于 K7 1断块来 说 ，偏磨 井往 往伴 随有严 重腐 蚀现 象 ，而腐 蚀又 加剧 了偏磨 程度 。 2 在实 际治理 过程 中 ，影 响油 井偏 磨 的 因素 不是 单 一 的 ，而 是 多 个 因 素共 同作 用 造 成 的 。因 此 ， 针对 各油 井 的不 同情 况 ，制定 综合 的防 腐防偏措 施 ，必 能取得 良好 的经 济效 益 和巨大 的社会 效 益 。 3 人工加防缓蚀药剂必须按加药配 比情况进行加药 ，而且加药过程必须保证连续 ，不得 间断，否 则 ，将严 重影 响治 理效 果 。 [ 参考文献] [ 1 ]张琪 ．采油工艺原理 [ M]．北京 石油工业 出版社 ，1 9 9 8 ． [ 2 ]万仁溥 罗英俊 ．采油技术手册 [ M]．北京石 油工业 出版社 ，2 0 0 4 ． [ 3 ]佟曼丽 ．油 田化学 [ M]．东营 石油大学出版社 ，1 9 9 6 ． [ 编辑] 龙舟 上接 第 3 3 5页 表 1 便捷快速扣与 A P I 偏梯扣 下套 管所 需速 度对 比结 果 5 结 语 在 AP I 专用偏 梯 型扣基 础上 ，通 过 对 每英 寸 螺 牙数 、锥 度 、螺 牙 形 状 、密 封形 式 、扭 矩 台肩 等方 面进 行 改进设 计 而获得 的新 型快速 上扣 石油 管扣 型 接头 ，具 有 高机 械 性 能 、能 防止 涡 流 冲蚀 、耐 疲 劳 、 简 易对扣 、无 错扣 风险 等特点 。 [ 编辑] 苏开科 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m