特殊螺纹使用现状及存在的问题

1我国特殊螺纹接头油套管生产使用现状及需要注意的几个问题2提纲一、前言二、特殊螺纹的发展历史及现状三、我国油套管的发展及特殊扣油套管所占的比例四、存在的问题分析五、几点建议3一、前言众所周知，接头是油套管柱中最薄弱的环节。采用特殊螺纹接头代替API接头是公认的解决油套管失效最有效的方法。特殊螺纹接头突破了API接头在结构设计方面的框架，一般具有连接强度高、密封性能好等优点，较好地解决了油套管接头的结构完整性和密封完整性问题，应用的范围不断扩大。特殊螺纹接头具有广阔的市场空间，在我国，开发具有较高技术附加值的特殊螺纹油套管，已得到了广大油套管生产厂的高度重视。4近年来，上海宝钢、天津钢管公司、无锡西姆莱斯等均成功开发了各自的特殊螺纹产品，并取得了一定的应用，使得我国在特殊螺纹方面的研究达到了一个新的阶段。结合本人在开发、应用特殊螺纹接头过程中遇到的问题，从几个侧面综合分析、评述目前该领域的研究现状，并指出存在的问题，探讨进一步的研究开发方向。为进一步开发特殊扣产品提供参考。51油套管螺纹的分类二、特殊螺纹的发展历史及现状)()5(108较少使用直连型螺纹牙每英寸偏梯形螺纹牙每英寸牙每英寸圆螺纹螺纹螺纹（特殊螺纹）非油、套管螺纹APIAPI62油套管螺纹的结构对比API圆螺纹API偏梯形螺纹7特殊螺纹8优点：1）技术成熟，易于加工，加工成本低；2）尺寸精度要求低，加工合格率高。缺点：1）连接强度低，主要指圆螺纹接头（管体强度的60-80%）；2）密封性能差，且不可靠；3）上扣控制难，易发生粘扣；4）接头应力水平高，耐应力腐蚀性能差。3API螺纹的特点94特殊螺纹的特点特殊螺纹是在研究了API螺纹的优缺点后开发出来的新一代螺纹形式，将API螺纹结构既承担密封功能又承担连接功能分开。1）先进的螺纹形式：螺纹只需要承担密封功能，为优化螺纹设计提供了更加广阔的空间，一般连接效率高、不粘扣、寿命长；2）多重密封结构：密封功能将原有的螺纹承担密封改变为有一种以上的独立结构承担，这可以大大提高密封可靠性。3）增加扭距台肩，一方面保证连接位置的准确，另一方面吸收一部分扭距能量使得螺纹部分扭距能量减少。105特殊螺纹的发展历史20世纪初，API圆螺纹油套管获得广泛应用20世纪40年代，API推出了连接强度更高的偏梯形螺纹油套管随着钻井技术的发展，这两种套管都不能满足需要，特殊螺纹油套管的出现，较好地解决了这个问题。美国的AtlasBrandford和Hydrill两公司于60年代初最早开发成功特殊螺纹套管接头并申请了专利注册。11国外对特殊螺纹套管的研究已经取得很大成功，已经成功开发了100多种特殊螺纹接头。特殊螺纹的开发方法主要采用有限元模拟技术、应力分析技术、全尺寸模拟实验技术。目前在以下几个方面取得了突破性进展：1密封技术；2高连接强度设计；3防粘扣技术；4耐应力腐蚀设计；5上扣可靠性提高；6无接箍设计；7研制了抗高温蠕变及变形的接头。6特殊螺纹的发展现状12国内对特殊螺纹接头油套管的研制尚处于起步阶段，还不具备大批量生产的能力，油田所需特殊螺纹油套管几乎全部从国外进口。国内对特殊螺纹油套管开发非常重视，上海宝钢开发了BGT特殊螺纹，天津钢管公司开发了TPCQ特殊螺纹，无锡西姆莱斯开发了WSP-1T等。推广应用不够。国产特殊螺纹油套管不但产量低、品种少，部分品种在性能方面还存在一些缺陷。需要进一步加大开发研究力度。13三、我国油套管的发展及特殊扣油套管所占的比例1.总体产量逐年增加据不完全统计，2003年我国油井管产量为145万吨，2004年为160万吨，2005年估计达180万吨，随着国内油井管生产厂家的增加及各厂家加工能力的增加，到2010年，油井管产量将达到200-220万吨。2.产品基本上都是API螺纹油套管具有较高技术附加值的特殊螺纹产品产量少，品种也少。难以满足我国油田的需要。14表1我国油套管产量及特殊扣所占的比例15表2国内特殊螺纹油套管生产企业及产量163.使用过特殊螺纹油套管的油田据统计，大庆、辽河、中原、大港、华北、长庆、青海、吐哈、新疆、塔里木、四川、胜利、新星公司西南局、新星公司西北局、渤海、南海、东海等17个油田都使用过特殊扣产品，占我国油田的80%以上。4.特殊扣产品所应用的井况深井、超深井中、高压气井油气混合井稠油热采井低压低渗透气井等。175.使用的特殊螺纹扣型扣型很多，包括TM、NK3SB、FOX、VAM、NEWVAM、NSCC、VAMTOP、TPCQ、WSP-1T、BGT等等。6.特殊扣涵盖的钢级N80、L80、C90、80S、M65、65S、95S、T95、105H、100H、P110、Q125、V140等。18与国外相比，我国使用、研制特殊螺纹产品起步较晚，目前还存在以下七个方面的问题：1）特殊扣产量远远跟不上使用要求我国2005年特殊扣产品的产量估计有3.5万吨，仅占油井管总消耗量的2%左右，远达不到我国油田的用量，我国每年不得不从国外进口特殊扣产品。2）特殊扣用量还远未达到国际一般水平我国气油比已经达到1:3，按照一般国际规律，特殊扣油套管用量应达到总量的30%以上，而2005年特殊扣产量仅为总产量的1.94%，考虑进口特殊扣的使用，合计也不超过5%，因此还有很大的需求空间。四、存在的问题分析193）国内能够生产特殊扣的企业少、产量也低目前，国内油套管生产厂中仅有天津钢管公司、无锡西姆莱斯、上海宝钢具有批量生产特殊扣的能力，而且三家企业当中，一次产品加工合格率保证达到85%以上的只有两家。因此，国内真正具备生产能力的企业太少，产量也无法再提高。这当中既有国内企业的规划设计问题，如生产ERW套管的企业，由于钢级只能做到J55，故特殊扣生产无法配套。再如油田的总机械厂，自身没有轧管和热处理能力，特殊扣加工的生产组织也很困难；也有特殊螺纹的设计和加工技术问题，目前有些国内企业，在特殊扣开发方面投入不够，即使具有了加工特殊扣的设备和条件，但由于没有掌握特殊扣的加工技术，也无法正规生产。204）国内企业特殊扣产品的系列少，可供油田选择的扣型有限除了天津钢管公司与Hunting公司合资企业的特殊扣Hunting系列规格比较齐全外，无锡西姆莱斯有5种特殊扣产品，其他厂家的特殊扣规格系列很少，基本上是一个厂家只有一种特殊扣产品，很难在激烈的市场竞争中占有一席之地。而国外的油套管生产厂，特殊扣产品系列和扣型很多，如住友金属有27种、V&M有25种、Tenaris集团有21种。215）受钢级系列的限制众所周知，特殊螺纹油套管通常用在酸性气井、含二氧化碳气井、油气混合井、稠油热采井、高压气井、深井、超深井、低压低渗透井中，这就要求油套管材料本身要具有抗硫化氢、抗二氧化碳腐蚀、抗挤、超高强度等性能，因此只有具备生产象M65、65S、80S、L80、13Cr、P110、C90、95S、T95、Q125、V140等特殊用途或高钢级的管材，特殊扣的应用范围才会扩大。而国内具备生产这类产品能力的企业还不多，仅有天津钢管公司、上海宝钢、无锡西姆莱斯等几家。不具备生产特殊用途油井管的企业，即使开发成功了特殊扣产品，也很难获得有效地应用。226）基础研究工作不到位国内对特殊螺纹油套管的开发还处于从引进、模仿到自主开发的过程中，对特殊螺纹的设计原理，比如密封设计、强度设计、防粘扣设计等方面还缺少深层次的认识。有的企业在仿造国外特殊扣的过程中，没有深入理解其设计原理，只是从避开现有专利的角度出发，对原有结构进行微小变动，认为这样不但可以避开专利约束，而且成功的把握性大。但是，产品加工出来后，性能却不如人意。因此，根据用户反应，某些国产特殊螺纹在使用过程中还存在不少问题，突出表现在：1）密封性能不可靠，由于密封结构及公差选择不当，或由于螺纹过盈量太大，上扣不到位，在使用过程中接头易发生泄漏；2）粘扣，由于螺纹过盈量或金属/金属密封过盈量选择不当，致导致螺纹粘扣或主密封面粘结。因此，进一步加强基础研究工作，加大科研投入力度，是我国各油套管生产厂开发特殊扣的关键237）不具备短节加工能力有些国内企业，从国外引进了具有很高精度的螺纹加工车床，有能力加工特殊螺纹油套管，但在生产线上加工短节和配套的辅件却很困难，有时无法加工，有时可以加工，但效率很低。而这些短节和配套的辅件却是特殊扣产品推广使用中不可缺少的，故而影响了特殊扣的发展。24五、几点建议特殊螺纹油套管在市场上具有广阔的前景，开发特殊螺纹接头也是国内油套管生产厂参与市场竞争的重要手段，因此，国内油套管生产厂都非常重视特殊扣的开发。笔者结合自身开发特殊螺纹的经验，提出以下几点建议，仅供开发特殊螺纹参考：1）高度重视特殊螺纹油套管的研制与开发特殊螺纹油套管的用量越来越大。从国外进口特殊螺纹，一是价格昂贵，我国油田难以接受；二是检验检测困难，量规量具均由厂家提供，油田自己无法检测；三是辅件供应不及时。而一旦特殊螺纹实现国产化，上述困难将不存在。因此，专家指出，在我国推广使用特殊螺纹油套管，国产化是必由之路。特殊螺纹市场前景非常广阔。252）特殊螺纹的开发是一项系统工程特殊螺纹接头油套管属于高技术产品，开发特殊螺纹产品需要经过产品设计、有限元应力分析、量规及专用量具设计、刀具设计、产品加工、全尺寸评价试验、下井试验等多个环节。对于设计合理的特殊螺纹接头，还应该同时考虑可加工性，考虑经济性，特殊螺纹才有可能形成产品。可以说，此项产品的研制开发是一项系统工程，其间存在许多技术难点和诀窍，这一点我们必须要有清醒的认识。希望走捷径、模仿或一躇而就的想法是不现实的。263）开发特殊螺纹产品，一定要从用户的要求出发，一切为用户着想一种特殊螺纹产品能否推广应用，能否被油田用户接纳，不仅要结构设计合理、加工成本适宜，而且要充分考虑油田的操作方便，配套服务也一定要跟上。对于短节加工、辅件供应、转换接头加工、井口法兰等配套设施，要与油田一起解决。在特殊螺纹结构设计上，也不能仅仅从实验室的操作条件出发，而要充分考虑油田的实际情况。比如，金属/金属密封结构要不易于损坏，上扣扭矩的范围要满足油田要求，考虑油田的测井技术要求等，必须为油田提供该特殊扣产品的操作手册，同时还需要提供检验、维修、下井跟踪等服务。27总之，我国特殊螺纹接头油套管的开发还需要做很多工作，国内一些先进的油套管生产企业，更需要形成自己的特殊螺纹接头产品系列，形成自己的品牌，生产出高性能的油套管产品，满足国内市场需求，并争取使国产特殊螺纹早日走向国际市场。28请指正谢谢！