李大鵬

摘 要：在石油開采與生產(chǎn)中，油管是一個(gè)重要部件，螺紋接頭部位較為薄弱，一旦發(fā)生螺紋損壞、失效會(huì)造成重大采油事故，不僅會(huì)增加采油廠設(shè)備的維修費(fèi)用，還會(huì)阻礙油田正常生產(chǎn)操作，使原油開采成本增加、利潤(rùn)降低。文中對(duì)石油油管螺紋損壞的原因進(jìn)行分析，研討包括力學(xué)原理、密封脂、生產(chǎn)加工、螺紋粘扣以及操作在內(nèi)的諸多因素，并提出針對(duì)性的防范措施。

關(guān)鍵詞：油管;螺紋損壞;原因;防范措施

油管是油田用于井下作業(yè)的重要運(yùn)輸管線，油管螺紋性能好壞對(duì)石油開采順利進(jìn)行具有關(guān)鍵性作用。但是在當(dāng)前井下管柱的工作條件相對(duì)較差，在實(shí)際的工作狀態(tài)下在螺紋連接處會(huì)出現(xiàn)滲漏和滑脫掉井等問(wèn)題[1]。在最近幾年石油開采和生產(chǎn)發(fā)展過(guò)程中由于油管螺紋破損、失效所致的油井事故逐年增加，為石油開采企業(yè)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失。分析油管螺紋損害原因并加以防范，以減少類似井下作業(yè)事故發(fā)生。

1 油管螺紋力學(xué)原理

螺紋紙質(zhì)上是發(fā)生在金屬材料相互接觸表面的一種冷焊，按照焊接程度可以分為輕度粘螺紋、中度粘螺紋以及嚴(yán)重粘螺紋和及其嚴(yán)重粘螺紋等。不過(guò)對(duì)于輕度和中度粘螺紋來(lái)說(shuō)，通過(guò)利用有效的處理手段進(jìn)行修復(fù)，則對(duì)其幾何形狀和使用性能不會(huì)造成差異性影響。而對(duì)于嚴(yán)重和極其嚴(yán)重粘螺紋來(lái)說(shuō)，則會(huì)出現(xiàn)嚙合位置被剪切的現(xiàn)象，導(dǎo)致螺紋被撕裂，無(wú)法采取修復(fù)措施，不能應(yīng)用于生產(chǎn)活動(dòng)中。

1.1 接觸應(yīng)力

接觸應(yīng)力是螺紋出現(xiàn)粘螺紋的主要因素之一，而且在其應(yīng)力最大發(fā)生在內(nèi)外螺紋的第一有效螺紋中，其最大應(yīng)力點(diǎn)是中間齒面應(yīng)力的四倍左右，在上卸螺紋操作中，最易導(dǎo)致該位置發(fā)生粘螺紋情況;下圖a為內(nèi)螺紋，圖b為外螺紋。

1.2 扭矩作業(yè)

油管螺紋的扣扭矩公式為“ =2πμR2LPc”，在Lame公式中， 是表示上扣矩陣，N？m;R表示螺紋嚙合的公稱節(jié)圓半徑，m;L是表示螺紋旋合長(zhǎng)度，m;μ是表示摩擦系數(shù);Pc是表示接觸性應(yīng)力，N/m2。從公式可見，在螺紋使用的過(guò)程中，其齒面在一定程度上會(huì)受到上螺紋扭矩的影響，從而在相同的幾何尺寸條件下齒面接觸壓力會(huì)隨上螺紋扭矩增多而增大，故上螺紋扭矩也是粘螺紋的重要原因。

2 油管螺紋損壞原因分析

2.1 生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)出問(wèn)題

粘螺紋現(xiàn)象一定程度上是在生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的，其與生產(chǎn)時(shí)油管的內(nèi)外螺紋徑配合就有較大的聯(lián)系。比如油管的內(nèi)外螺紋在生產(chǎn)加工過(guò)程中是負(fù)-負(fù)配合的徑，則外螺紋的長(zhǎng)度需要取下限值，在上螺紋時(shí)則要保障最小扭矩條件下采用易上至平方法，盡可能的避免出現(xiàn)粘螺紋現(xiàn)象。而此時(shí)如果油管的內(nèi)外螺紋在生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)中是正-正配合的徑，則外螺紋的長(zhǎng)度需要取上限值，在上螺紋作業(yè)中則要基于規(guī)定扭矩標(biāo)準(zhǔn)采用下常有余的方式，從而可以保障上螺紋符合相關(guān)規(guī)范化要求，確保上螺紋工藝操作合格。但是在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)操作中，存在少數(shù)情況不允許出現(xiàn)余螺紋，因此則要在過(guò)扭矩情況下上至平螺紋，就會(huì)導(dǎo)致油管粘螺紋。除此之外，油管修復(fù)次數(shù)越多，可能會(huì)造成螺紋加工過(guò)程只能夠公差不科學(xué)，也會(huì)引發(fā)粘螺紋現(xiàn)象。

2.2 密封脂與密封脂涂抹不當(dāng)

為了確保螺紋密封性與抗粘扣性能，操作人員要在公母螺紋之間涂抹適當(dāng)?shù)拿芊庵?，有利于充分改善螺紋的接觸狀態(tài)和上螺紋時(shí)接觸應(yīng)力。但在作業(yè)期間，偶爾會(huì)出現(xiàn)偷工減料、少涂或不涂密封脂情況，這便會(huì)增大螺紋旋合時(shí)摩擦系數(shù)，需要大力擰緊扭矩才能達(dá)到無(wú)外露螺紋情況，在這一操作中，上螺紋扭矩會(huì)對(duì)齒面接觸壓力產(chǎn)生直接影響，螺紋粘扣的頻率會(huì)隨上螺紋扭矩以及齒面接觸壓力等增加而提高[2]。

2.3 上卸螺紋操作缺陷所致

現(xiàn)階段，在油田作業(yè)中，對(duì)卸油管的操作一般是利用液壓鉗等設(shè)備，且需要按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)約束進(jìn)行使用，液態(tài)鉗本身在結(jié)構(gòu)與操作上存有一定缺陷，會(huì)在一定程度上增加螺紋損壞概率。

（1）扭矩影響：在使用液壓鉗進(jìn)行過(guò)扭矩操作時(shí)，會(huì)受到現(xiàn)場(chǎng)操作人員的操作能力的影響，可能在初次啟動(dòng)時(shí)就能夠達(dá)到甚至超過(guò)油管的初始上螺紋扭矩，較易導(dǎo)致過(guò)扭矩。

（2）上螺紋速度影響：油管液壓鉗的使用，可減輕工人勞作強(qiáng)度，并使作業(yè)效率得到顯著提升。通常情況下，操作人員可以采用高速擋方法，將油管預(yù)擰到手緊位置，然后采用低速擋，將油管上緊到規(guī)定扭矩;而實(shí)際上很多操作人員為了提高下油管速度而持續(xù)利用高速擋，從而就會(huì)破壞螺紋的嚙合，在內(nèi)外螺紋旋合時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多熱量，且不能迅速散發(fā)，從而導(dǎo)致螺紋粘扣[3]。

（3）夾緊力影響：在使用液壓鉗期間，由于鉗口夾緊力過(guò)大可引起接箍變形，再加之上螺紋時(shí)外夾緊力的約束，會(huì)導(dǎo)致接箍彈性變形，當(dāng)上螺紋至規(guī)定扭矩時(shí)，外露螺紋過(guò)多時(shí)便需要加大扭矩，這樣齒面接觸應(yīng)力已經(jīng)超過(guò)規(guī)定扭矩的應(yīng)力狀態(tài)，極易形成螺紋粘扣。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)操作過(guò)程不規(guī)范

不按作業(yè)操作規(guī)程施工，一味追求施工速度而忽視作業(yè)質(zhì)量，也是油管螺紋粘扣的重要因素，主要包括以下情況：（1）下油管時(shí)沒有開展仔細(xì)的檢查活動(dòng)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)油管螺紋損壞現(xiàn)象，在相關(guān)部位已經(jīng)出現(xiàn)明顯腐蝕或磨損情況下仍然入井使用，如在公扣根部出現(xiàn)一裂縫。（2）油管螺紋未涂、少涂螺紋脂，導(dǎo)致潤(rùn)滑性較差（3）在下螺紋時(shí)，操作人員使用液壓鉗能夠?qū)τ凸艿臄[動(dòng)造成一定的粘扣現(xiàn)象，此時(shí)液壓鉗的懸吊點(diǎn)和井口距離大約在15m左右。而在自由懸吊的狀態(tài)下，液壓鉗頭的中心與井口之間的距離在0.5m，即是油管垂釣距離井口的最大偏移度為0.5m，在操作中一旦有斜拉操作，就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)扣而導(dǎo)致螺紋損壞的情況。（4）螺紋脂質(zhì)量不合格、螺紋處臟以及螺紋錯(cuò)位均可能導(dǎo)致螺紋粘扣。（5）所使用的井架天車、游動(dòng)滑車與井口未對(duì)中，也會(huì)導(dǎo)致螺紋粘扣。

3 油管螺紋損壞的防范措施

3.1 進(jìn)內(nèi)外螺紋起始螺紋形狀

由于引起粘螺紋的主要原因是起始螺紋的接觸應(yīng)力，需進(jìn)一步改進(jìn)其內(nèi)外螺紋形狀，即是在旋合螺紋時(shí)合理分布齒面的接觸應(yīng)力，進(jìn)而消除過(guò)減小粘螺紋因素。

3.2 專管專用

如果油管螺紋的上螺紋出現(xiàn)扭矩過(guò)大時(shí)，就會(huì)在一定程度上減弱油管上卸螺紋的能力和性能，會(huì)導(dǎo)致粘螺紋現(xiàn)象的出現(xiàn)。因此在操作過(guò)程中，操作人員必須要對(duì)實(shí)現(xiàn)專管專用，盡量減少油管更換，避免螺紋損壞。

3.3 液壓鉗操作改進(jìn)

操作人員要嚴(yán)格控制上螺紋速度和上卸扭矩，要盡量麻醉標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)卡緊方式進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化。

3.4 合理使用密封脂

避免油管螺紋的損壞即要嚴(yán)格管理和控制密封脂的使用和操作，杜絕使用劣質(zhì)或經(jīng)過(guò)稀釋的密封脂，拌有防修油和含有雜質(zhì)的密封脂也不能使用，嚴(yán)禁少涂或不涂密封脂直接上螺紋。

3.5 建立作業(yè)監(jiān)督體系

為作業(yè)人員提供培訓(xùn)與學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，對(duì)于油管下井操作規(guī)程要嚴(yán)格監(jiān)督，對(duì)于油管的領(lǐng)取、更換與使用要做好記錄，由責(zé)任人簽字。力求研發(fā)并使用性能優(yōu)良的油管上卸扣工具。對(duì)于運(yùn)輸及裝卸過(guò)程中，也需要有人專門管理，避免在此過(guò)程中對(duì)螺紋造成損傷。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)調(diào)查、尋找螺紋損壞因素，對(duì)油管螺紋的材質(zhì)、扣型及密封脂性能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)材質(zhì)和螺紋標(biāo)準(zhǔn)是油管螺紋粘扣的內(nèi)因，操作標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題是外因;針對(duì)油管螺紋損壞因素，提出了改善措施、完善監(jiān)督機(jī)制，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格要求與監(jiān)督，要求油管及油管螺紋使用要按照規(guī)范操作，嚴(yán)禁違章作業(yè)、油管混雜使用，落實(shí)責(zé)任制，從內(nèi)外減少螺紋粘扣因素，以確保石油開采生產(chǎn)作業(yè)正常開展。

參考文獻(xiàn)：

[1]王曉宇.報(bào)廢油管修復(fù)工藝研究[J].石化技術(shù)，2017，24（7）：98.

[2]趙世龍.納米銅減摩涂料在油套管上的應(yīng)用及相關(guān)力學(xué)性能分析[D].陜西：西安科技大學(xué)，2016.