呂慶鋼

中國石化西北油田分公司物資供應(yīng)管理中心 （新疆 輪臺 841600）

API標(biāo)準(zhǔn)的油管螺紋包括不加厚油管圓螺紋和外加厚油管圓螺紋[1]，外加厚油管圓螺紋主要用于對接頭連接強度要求較高的井況。由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的原因，存在以下弊端：密封性能不強、螺紋修扣次數(shù)受限、短節(jié)及附件加工困難、抗黏扣能力較差、管端敦粗引起加工工藝比較復(fù)雜及生產(chǎn)效率低等問題。

國內(nèi)外主要的石油專用管生產(chǎn)廠都開發(fā)了特殊的扣型并申請了專利，此類專利扣型在設(shè)計時大都采用改進API偏梯形螺紋＋密封扭矩臺肩。通過改變螺紋齒高、螺距甚至螺紋承載面及導(dǎo)向面的角度來提高螺紋的抗黏扣性能，從而保證螺紋接頭的連接強度。同時，利用金屬結(jié)構(gòu)密封面的過盈配合和臺肩位置來確保密封性能。國內(nèi)油田已使用的主要氣密封特殊扣包括：NEW VAM、VAM TOP、FOX、BEAR、BGT1、 TP-CQ、TP-FJ等油管特殊扣螺紋，這類特殊螺紋[2]都在達到外加厚螺紋的連接強度同時，具備很好的氣密封性能。在國內(nèi)外各油田氣井、高溫高壓井、深井或超深井中成功使用。但是此類特殊螺紋普遍存在以下缺點：采購成本比外加厚螺紋高30%、螺紋加工精度要求高、制造工藝復(fù)雜、配套短節(jié)采購困難、修復(fù)加工精度要求高及成本高、密封部位容易損傷、現(xiàn)場使用操作條件要求苛刻等問題。

設(shè)計開發(fā)一種沒有端部加厚但連接強度不低于API外加厚圓螺紋；不采用端部金屬密封結(jié)構(gòu)但具有可靠的氣密封性能；抗黏扣能力強于外加厚圓螺紋；采購價格不高于API外加厚圓螺紋的新型油管螺紋。同時，提高廢舊油管修復(fù)再利用的次數(shù)，使油管的修復(fù)不再受加厚區(qū)長度限制或端部金屬密封螺紋加工工藝復(fù)雜的限制，已成為油田的現(xiàn)實需求和工廠提高加工效率的需要。

1 TP-JC油管接頭的結(jié)構(gòu)特點

API外加厚圓螺紋（EUE）采用API等角三角形圓螺紋牙形設(shè)計，承載面角度30°，導(dǎo)向面角度30°；而TP-JC螺紋采用鋸齒形（近似直角三角形）圓螺紋牙形設(shè)計圖1。

圖1 TP-JC與API加厚油管接頭對比示意圖

2 TP-JC油管現(xiàn)場試驗評價與運用

2.1 抗黏扣性能現(xiàn)場試驗

A1井和A2井進行了TP-JC螺紋油管的現(xiàn)場上卸扣抗黏扣性能試驗。

2.1.1 A1井抗黏扣試驗

在 A1井對Φ88.9mm×6.45mm TP110S TP-JC螺紋油管的抗黏扣性能進行了第一次現(xiàn)場試驗，按照廠家推薦的扭矩，最小2 448N·m；最佳3 060 N·m；最大3 670N·m；進行了3組現(xiàn)場端的上卸扣試驗。每組4上4卸，人工引扣，低速檔上扣，上扣過程中接箍溫度與環(huán)境溫度一致；卸扣后公、母扣完好，溫度無異常。

為檢驗該螺紋的極限抗黏扣性能，又做了第4組上卸扣試驗。首先以3 300N·m進行了8次上卸扣，第8次卸扣后發(fā)現(xiàn)公端從小端起第6～9牙發(fā)生輕微黏扣，經(jīng)修磨后以3 500N·m又上卸扣2次，發(fā)現(xiàn)母扣和公扣的大端 （不完整螺紋部位）磨損較嚴(yán)重、公端的小端起第3～13牙承載面產(chǎn)生毛刺（經(jīng)修磨后仍可繼續(xù)使用）、母端大端起第1～10牙磷化膜脫落。

經(jīng)過以上試驗，將上扣扭矩調(diào)整為最小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試驗油管。該井共使用試驗油管581支，下深5 505m，上扣位置非常穩(wěn)定，沒有油管被甩出。

A1井進行轉(zhuǎn)抽修井作業(yè)，共起出TP-JC油管577支，經(jīng)認(rèn)真檢查，發(fā)現(xiàn)有4支油管黏扣，黏扣比例為0.69%，遠低于外加厚油管的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)5.82%。

2.1.2 A2井抗黏扣試驗

在A2井對Φ88.9mm×6.45mm TP110S TP-JC螺紋油管進行一組最大扭矩上卸扣試驗，按3 960 N·m的扭矩6上6卸。前4次上卸扣未發(fā)生黏扣，在第4次卸扣時公扣未完全退出母扣，導(dǎo)致第5次上卸扣后公扣的第一不完整扣金屬突出、變尖；在未進行修磨的情況下繼續(xù)進行第6次上卸扣，造成母扣的1～6扣磨尖、變形，公端有效螺紋內(nèi)1～7扣的齒形損傷。

該井共使用試驗油管631支，下深5 999.97m，上扣位置非常穩(wěn)定，沒有油管被甩出。

A3井、A4井、A5井和A6井，都全井下入了試驗用的 Φ88.9mm×6.45mm TP110S TP-JC螺紋油管，入井過程中沒有油管被甩出。

現(xiàn)場試驗表明，TP-JC螺紋油管能保證API推薦的上卸扣4次的要求，抗黏扣性能優(yōu)于外加厚圓螺紋。

2.2 抗拉強度和液體密封性能現(xiàn)場試驗

為檢驗TP-JC油管螺紋的抗拉強度和密封性能，在選擇試驗井時選擇了4口需要進行酸化壓裂施工的井（A1井、A2井、A3井和A4井）。

在實施酸化壓裂的4口井中（表1），試驗油管最小下深5 500m、管串重量在75.1t以上，最大下深5 997.97m、管串重量 81.65t；最高施工壓力91.3MPa，最低施工壓力56.6 MPa，管串均未發(fā)生滑脫，未發(fā)生泄漏。

表1 試驗井酸化壓裂參數(shù)

A5井中，完井后由于油管被稠油堵塞，進行了擠稀油解堵作業(yè)，正擠稀油施工最高泵壓55MPa；后來連續(xù)油管解堵，最大下深3 000m，正擠51次，最高泵壓 50、64、60MPa，套壓 21.1～21.0MPa，解堵成功。TP-JC螺紋油管在長時間高泵壓的狀態(tài)下未發(fā)生泄漏。

現(xiàn)場試驗證明，TP-JC螺紋油管的抗拉強度和液體密封性能不低于外加厚圓螺紋。

2.3 氣密封性能現(xiàn)場試驗

根據(jù)TP-JC油管螺紋在試驗室評價時的氣密封試驗結(jié)果，在A4井對TP-JC螺紋油管進行了氣密封性能的現(xiàn)場檢測。

試驗介質(zhì)采用氮氣與氦氣混合氣體[3-4]，檢測壓力≥77MPa（取Φ88.9mm×6.45mm TP110S油管抗內(nèi)壓強度的80%）。待測油管上扣旋緊到要求的扭矩后，將卡封器放入到待測油管，把檢測集氣套扣在油管接箍上，保證檢測空間氣體穩(wěn)定并防止泄露氣體飄走；將氦氮混合氣體打壓至檢測壓力77MPa，穩(wěn)壓20s；把檢漏儀探測頭插入檢測護套的通孔，停留時間10s，檢測氦氣泄露率，泄漏大于1.0Pa·mL/s的判定為不合格。

根據(jù)對部分推廣效果好的端部金屬密封結(jié)構(gòu)的氣密封扣檢測的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，此次試驗的TP-JC螺紋的密封檢測結(jié)果與有端部金屬密封結(jié)構(gòu)的氣密封扣密封效果相當(dāng)。

A7井和A8井氣密封采取了40MPa和50MPa低壓測試和77MPa高壓測試的梯度壓力測試的方法，并且將泄漏標(biāo)準(zhǔn)由≤1.0Pa·mL/s提高到≤0.1Pa·mL/s為合格，具體試驗情況見表2。

表2 氣密封檢測情況

試驗證明：Φ88.9mm×6.45mm TP-JC螺紋油管在77MPa的壓力下泄漏率為2%，在50MPa壓力下具備氣密封能力，可以滿足低壓氣井的使用要求。

2.4 現(xiàn)場操作試驗

在已完成的8口井TP-JC螺紋油管的入井作業(yè)中，油管隊普遍反映該螺紋認(rèn)扣容易、扭矩大小適當(dāng)、位置準(zhǔn)確、不易錯扣、操作方便，比外加厚圓螺紋油管更具實用性。

帶有端部金屬密封結(jié)構(gòu)的特殊螺紋，其密封面是保證接頭密封效果的部位，也是最易損傷的部位，輕微的密封面損傷就會造成密封失效。所以在現(xiàn)場施工操作中對端部密封結(jié)構(gòu)保護的要求非常嚴(yán)格。而TP-JC油管螺紋沒有端部金屬密封結(jié)構(gòu)，對現(xiàn)場施工操作要求與EUE螺紋一樣，便于作業(yè)。

現(xiàn)場操作試驗證明，TP-JC螺紋油管對現(xiàn)場施工操作的要求與EUE螺紋相同，且更易認(rèn)扣、操作方便。

3 結(jié)論

1）抗黏扣性能現(xiàn)場試驗表明Φ88.9mm×6.45mm TP-JC螺紋油管能保證API推薦的上卸扣4次的要求，抗黏扣性能優(yōu)于外加厚圓螺紋。

2）抗拉強度和液體密封性能現(xiàn)場試驗，Φ88.9 mm×6.45mm TP-JC螺紋油管的抗拉強度和液體密封性能不低于外加厚圓螺紋。

3）氣密封性能現(xiàn)場試驗表明TP-JC螺紋的密封檢測結(jié)果與有端部金屬密封結(jié)構(gòu)的氣密封扣密封效果相當(dāng)。Φ88.9mm×6.45mm TP-JC螺紋油管在77MPa的壓力下泄漏率為2%，在50MPa壓力下具備氣密封能力，可以滿足低壓氣井的使用要求。

4）現(xiàn)場試驗，TP-JC螺紋油管對現(xiàn)場施工操作的要求與EUE螺紋相同，且更易認(rèn)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，楊俊義，宋志平,等.幾種特殊套管螺紋接頭[J].石油礦場機械,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套管油管和管線管螺紋的加工測量和檢驗[S].