张保军 高晓娟 翟大江 王静静

摘要：石油管是钻采作业中必不可少的重要材料，其连接质量的好坏直接影响到钻井作业的成败和油气井的寿命。但是油套管的质量并非十分完美，其中粘扣又是油套管连接部位在使用中最常见的损伤失效形式。本文以石油开采中常用的连接管螺纹为研究对象。通过对管螺纹抗粘扣性能、管螺纹参数的优化及控制、螺纹脂和螺纹镀层特性的研究、特殊螺纹接头的开发和油套管上卸扣操作等方面。对其进行分析，并指出存在的问题 ，探讨进一步提高套管螺纹质量与控制方法。

关键词：  油套管 螺纹连接  连接强度 质量控制

1石油管螺纹粘扣机理分析

1.1粘扣现象

根据ISO13679标准的最新定义，粘扣是一种发生在相互接触金属表面间的冷焊。如果金属之间发生进一步的相对滑动或旋转，将会引起冷焊部位的撕裂。油套管螺纹在旋转过程中产生的粘扣现象从金属学划分属粘着磨损。油套管螺纹粘扣主要实在高接触压力、温度和高速加载的作用下，金属表面发生弹性变形、塑性变形、挤压剥落、梨沟和嵌入金属的损伤过程。粘扣特别严重者（外螺纹），局部还将发生组织转变，甚至形成马氏体，加速螺纹粘扣。

1.2粘扣机理

粘扣过程中的金属变形机理可以从接触应力、上扣扭矩以及过盈量几何约束3方面进行分析。油套管在上卸扣过程中，相互作用的公母扣的螺纹表面并不是理想的平滑，接触应力直接增大界面摩阻力，具有一定的粗糙度和形状误差，在摩擦力的作用下必然是从点接触开始，造成局部接触点上的压力非常高，从而在接触点产生塑性变形，增大粘扣倾向。

2石油管螺纹连接性能的现状

2.1螺纹的抗粘扣性能

2.1.1螺纹参数优化及检测。螺纹参数分为几何和物理两种。当外螺纹中径偏小，内螺纹中径偏大或者外螺纹锥度偏于下限，内螺纹锥度偏于上限都容易造成粘扣现象的发生。螺纹几何尺寸因素对粘扣性能的影响依次是中径、接箍不圆度和锥度，其他参数影响较小。

2.1.2螺纹密封脂、镀层及材质。使用螺纹密封脂可以提高油套管螺纹的抗粘扣性能，螺纹密封脂在螺纹上扣时，可以减小上扣扭矩，继而减小粘扣倾向。螺纹脂进入螺纹面及螺纹间隙，其中的固体添料被螺纹面碾碎，发生一定的塑性变形，粘封在螺纹表面，并形成固体颗粒的聚结，在螺纹啮和面形成密封层，能够堵塞住螺纹存在的间隙而起到密封作用。

2.1.3现场操作规范及标准。从油田发生的石油管事故来看，有相当一部分是因为现场操作不规范引起的。现场上扣扭矩的增大，粘扣数量及粘扣程度将直线增长。

2.2石油管螺纹的密封形式

目前有三种基本密封形式。无论是那一种连接密封，都必须使螺纹之间或金属对金属之间的耐压能力大于石油管所承受的内压和外压。都必须通过一定的上扣扭矩来保证，才能实现密封。

2.2.1锥形螺纹主要依靠螺纹金属对金属压合，并以密封脂粒子充填间隙来进行密封（API标准螺纹）

2.2.2金属对金属的封口式密封（特殊螺纹和气密扣）

2.2.3弹性密封。

2.3几种不易粘扣石油管螺纹

2.3.1圆螺纹不粘扣接箍提出了增大接箍螺纹起始牙的节径，并采用一小段大锥度的“引入螺纹”作为过渡接箍，使接箍的起始牙边缘不会刮着已拧入的螺纹，可有效地消除粘扣现象。

2.3.2高连接强度圆螺纹（HS-RTC）。HS-RTC螺纹因为黑皮螺纹参加连接，除了增加螺纹连接长度，减小连接处管体壁厚削弱影响外，还增加了螺纹节径，减小了螺纹连接长度上的管体周向应力，提高石油管螺纹连接强度外，从根本上消除了粘扣现象。

2.3.3高气密偏梯形螺纹（HT-BTC）。HT-BTC技术是将API偏梯形螺纹套管的管端加工成圆弧形的轴向过盈金属密封面，缩短接箍长度，使接箍连接的两根石油管的端面在紧扣后相互接触压紧，形成封闭的金属密封环来提高密封性能。

3影响石油管柱螺纹连接质量的因素

3.1扭矩对螺纹连接质量的影响

扭矩对螺纹连接强度的影响。对于A P I石油管，如果上扣扭矩过大，就會在螺纹的接箍和公扣之间产生较大的圆周应力，产生应力破坏或应变裂纹，从而降低整个管柱的强度，甚至在管螺纹处断裂。如果上扣扭矩太小，就会直接降低螺纹轴向载荷的能力，产生滑扣现象。

3.2转速对螺纹连接质量的影响

在下入石油管作业中，单根管柱的重力压在石油管螺纹上，螺纹旋合时会产生摩擦热，其热量的多少与旋转速度、摩擦系数和压在螺纹面上的压力有关。如果螺纹旋合时，转速过快，那么，过高的转速和压力将破坏润滑环境，使石油管螺纹磨损而产生破坏。

3.3其它影响因素

3.3.1螺纹脂的影响。螺纹的密封性主要是靠密封脂来填充公、母螺纹之间的间隙而获得的。质量较好的螺纹脂摩擦系数较小，可以减小上扣扭矩，继而可以减小粘扣倾向。螺纹脂在低温下涂抹对粘扣没有明显作用。

3.3.2涂层的影响。表面处理的关键是在防止螺纹生锈的前提下，使化学生成的金属膜表面具有润滑性。所以，金属膜的厚度与强度、结晶晶粒的形态、钝化处理的类别等，都直接影响螺纹的抗粘扣性能。

3.3.3错扣情况下旋合螺纹，扭矩大且螺纹损伤严重。

3.3.4现场下入石油管作业中对螺纹连接质量的影响因素还包括螺纹加工精度、公差、螺纹镀层的保护以及螺纹清洁等。

4.现场作业套管螺纹质量控制方法

4.1工具和仪器的保证

为提高下入石油管作业质量，要有良好的设备和高精度的仪器来对作业现场进行监测和控制。

4.2现场控制螺纹连接质量的具体措施

4.2.1作业施工前石油管的检查和处理。按标准检查下井管柱外观和内径，检查接箍（工厂端机紧后），公扣外露螺纹的扣数，不能超过2/5扣。

4.2.2上扣前对螺纹的检查和处理。螺纹表面的轻度刻痕可不予处理，但纵向伤痕对螺纹的上扣扭矩及密封性能影响较大。特殊螺纹的密封表面不能有任何损伤，并使用对扣导向器上扣。

4.3下入石油管作业工具准备

对于深井，不能使用吊卡，应使用卡盘，否则过大的轴向应力会使接箍变形，影响螺纹的连接质量。

4.4螺纹密封脂的选择与使用

螺纹密封脂要选择正规厂家生产的产品。在使用中，要确保螺纹密封脂涂匀、涂够，这样才能有效润滑螺纹，防止粘扣。

4.5扭矩控制

使用TNY系列扭矩仪，对于API标准螺纹，扭矩控制在推荐的大小值之间。对于特殊螺纹石油管按厂家推荐值实施。

5结论

油套管螺纹粘扣是困扰油田生产重要问题之一，提高钻井和作业行业成立专门下套管服务队伍，使下入石油管作业标准化、规范化和科学化。并制定合理的油套管下井操作规范 ，建立操作人员培训制度 ，研发性能优良的油套管上卸扣工具。将影响螺纹连接质量的因素（扭矩、圈数、转速、螺纹密封脂、加工精度）严格控制和把关。可以减少油田施工作业事故的发生和不必要的经济损失。

参考文献：

（1）侯毅.提高石油套管螺纹连接性能的三项技术和专利介绍[J].钢管，2006，8

（2）赵金洲，张桂林.钻井工程技术手册[M].中国石化出版社，2011，3

（3）蔡子波，张艺.石油管螺纹检测技术[J].中国造船，2007，11