向紅賓，余建軍

（新疆石油管理局有限公司物資供應(yīng)總公司，新疆烏魯木齊830068）

1 概述

在當(dāng)今的石油鉆井工藝中，單井深度越來(lái)越大，而對(duì)井壁起支撐作用的石油專用管材——套管（下入井中、支撐井壁的帶有螺紋的管子）的要求也越來(lái)越高，這些要求通常都體現(xiàn)在鋼級(jí)、抗拉強(qiáng)度、抗壓、抗擠毀等指標(biāo)上。顯而易見(jiàn)，指標(biāo)越高，成本也就越高。而在高成本的壓力下，相同材質(zhì)下，連接管柱的螺紋就成為降低成本的最為可行、最為經(jīng)濟(jì)的突破口。所以，偏梯形螺紋脫穎而出，已經(jīng)取代圓螺紋成為當(dāng)今鉆井工藝中運(yùn)用最為廣泛的螺紋。偏梯形套管的連接強(qiáng)度高，下井速度快，是它最大的優(yōu)勢(shì)，而這種優(yōu)勢(shì)最終都體現(xiàn)在了接箍（接箍用于連接兩根帶螺紋的管子并具有內(nèi)螺紋的圓筒體）對(duì)管子的連接上，如何檢驗(yàn)管子的連接強(qiáng)度是否達(dá)標(biāo)，基本手緊上扣位置的檢驗(yàn)就顯得尤為重要了。因?yàn)榛臼謾C(jī)上扣位置一旦未達(dá)標(biāo)，基本機(jī)緊上扣位置就不會(huì)在要求的范圍內(nèi)，連接強(qiáng)度將會(huì)無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生脫扣事故，給企業(yè)帶了巨大的損失。

2 偏梯形螺紋套管規(guī)格介紹及計(jì)算公式

我國(guó)從1986年正式采用等同API（美國(guó)石油學(xué)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)的YB/T和GB3303系列標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)油井管，此后API標(biāo)準(zhǔn)成了石油行業(yè)的主要引用標(biāo)準(zhǔn)，如采用API SPEC 5B（全稱：API SPEC 5B套管、油管和管線管螺紋的加工、測(cè)量和檢驗(yàn)規(guī)范）對(duì)套管、油管螺紋進(jìn)行檢驗(yàn)，在檢驗(yàn)過(guò)程中對(duì)API 5B有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和理解，特別是新版16版5B中圖1偏梯形套管螺紋手緊上扣基本尺寸圖，見(jiàn)圖1。

在API-5B第15版及以前的版本中此圖是圖5，而在2019年7月1日更新到了第16版此圖則越過(guò)管線管和圓螺紋尺寸、手緊上扣基本尺寸圖，升到了圖1這個(gè)重中之重的位置，這也和偏梯形螺紋的特點(diǎn)易對(duì)扣、上扣快、承受大扭矩、抗拉強(qiáng)度高而使鉆井現(xiàn)場(chǎng)大量使用偏梯形套管有直接的關(guān)系，從而要求石油專用管生產(chǎn)廠、石油鉆井隊(duì)和套管隊(duì)的廣大從業(yè)者重點(diǎn)學(xué)習(xí)和熟練掌握。

API偏梯形螺紋套管機(jī)緊連接方式不同于API油管及圓螺紋套管，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)API油管及圓螺紋套管推薦每一種規(guī)格的扭矩值，扭矩值的變化量為±25%，上扣后，接箍端面與螺紋消失點(diǎn)齊平，或者正負(fù)兩扣，此扭矩值是合理的。對(duì)API偏梯形螺紋套管沒(méi)有推薦每一種規(guī)格的扭矩值，上扣時(shí)主要是以在套管管體上距管端距離為A1處所作的等邊三角形錘印標(biāo)記為參照物，通過(guò)控制接箍端面與三角形標(biāo)記之間的相對(duì)位置來(lái)間接控制機(jī)緊扭矩。所以只有當(dāng)基本手緊上扣位置或螺紋消失點(diǎn)處機(jī)緊上扣位置在規(guī)定的范圍內(nèi)時(shí)，才能保證基本機(jī)緊上扣位置在范圍內(nèi)而且扭矩不至于超出很大范圍，是接頭螺紋連接強(qiáng)度得到保證的最后屏障。

API偏梯形螺紋(英文簡(jiǎn)寫(xiě)B(tài)C)為5牙/in（螺距5.08mm）,不同于圓螺紋的8牙/in(螺距3.175mm)，牙型高度0.062in（1.57mm），承載牙側(cè)角為3°可使螺紋在高拉伸載荷下具有高抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)向牙側(cè)角為10°可使螺紋承受高軸向壓縮應(yīng)力。牙型為偏梯形、平頂平底，而且牙頂有圓弧。10°牙側(cè)牙頂圓弧半徑大于3°牙側(cè)牙頂圓弧半徑，有利于螺紋旋合，上扣時(shí)，螺紋是全牙型配合，螺紋牙頂?shù)窖赖字g的最大間隙為0.051mm使用合適的螺紋脂或鍍層（或者兩者）是保證螺紋泄露抗力的一種手段。

上緊三角形標(biāo)記：是一個(gè)等邊三角形，高度為0.375in(9.52mm)，錘壓在距管端A1處螺紋消失點(diǎn)附近的管體上。A1的公差范圍±0.79mm。

由圖1得下列公式：

接箍端面到三角形標(biāo)記底邊的距離：

螺紋消失點(diǎn)處機(jī)緊上扣位置：H1=A1-L4

基本手緊上扣位置：H2=A1-L4+A

式中：A1──管端至三角形標(biāo)記長(zhǎng)度，in；

L4──管端至螺紋消失點(diǎn)總長(zhǎng)度，in；

A──手緊緊密距牙數(shù)，牙；

Jn──手緊后管端至接箍中心長(zhǎng)度，in；

J──機(jī)緊后管端至接箍中心長(zhǎng)度，in。

在API-5B16版表5中統(tǒng)計(jì)各種尺寸偏梯形套管A1值、L4值、A值、Jn值、J值并按上述公式計(jì)算H1值、H2值得表1。

由表1統(tǒng)計(jì)：

表1 A1值、L4值、A值、H1值、H2數(shù)值表（單位：in)

螺紋消失點(diǎn)處機(jī)緊上扣位置——接箍端面與三角形標(biāo)記的第一接觸平面距離：

規(guī)格≤13-3/8″者為0.300in（7.62mm）；

規(guī)格≥16″者為0.200in（5.08mm）。

基本手緊上扣位置——接箍端面與三角形標(biāo)記的第一接觸平面距離:

規(guī)格≤4-1/2″者為0.400in（10.16mm）；

規(guī)格5″～13-3/8″者為0.500in（12.7mm）；

規(guī)格≥16″者為0.375in（9.525mm）。

螺紋消失點(diǎn)處機(jī)緊上扣位置——接箍端面與三角形標(biāo)記頂點(diǎn)接觸平面距離：

規(guī)格≤13-3/8″者為0.675in（17.145mm）；

規(guī)格≥16″者為0.575in（14.605mm）。

基本手緊上扣位置——接箍端面與三角形標(biāo)記頂點(diǎn)接觸平面距離:

規(guī)格≤4-1/2″者為0.775in（19.685mm）；

規(guī)格5″～13-3/8″者為0.875in（22.225mm）；

規(guī)格≥16″者為0.750in（19.05mm）。

考慮塞規(guī)對(duì)接箍端面或內(nèi)螺紋端面的緊密距A的公差為：0～-1/2″P(P為螺距牙)

螺紋消失點(diǎn)處機(jī)緊上扣位置——接箍端面與三角形標(biāo)記頂點(diǎn)的距離范圍：

規(guī) 格≤13-3/8″者 為0.575～0.675in（14.605～17.145mm）；

規(guī)格≥16″者為0.475～0.575in（12.065～14.605mm）。

基本手緊上扣位置——接箍端面與三角形標(biāo)記頂點(diǎn)的距離范圍：

規(guī) 格≤4-1/2″者 為0.675～0.775in（17.145～19.685mm）；

規(guī)格5″～13-3/8″者為0.775～0.875in(19.685～22.225mm)；

規(guī)格≥16″者為0.650～0.750in (16.51～19.05mm)。

基本機(jī)緊上扣位置很多論述都已確定（圖1）:接箍進(jìn)入三角形標(biāo)記底邊的前一牙，為最小機(jī)緊；進(jìn)到三角形標(biāo)記頂點(diǎn)為最大機(jī)緊上扣。以三角形底邊為參照物：則公差范圍（+5.08～-9.525mm），以三角形頂點(diǎn)為參照物：則接箍端面到三角形頂點(diǎn)距離公差范圍（0～14.61mm）。

以前檢驗(yàn)只側(cè)重重點(diǎn)檢驗(yàn)緊密距和單項(xiàng)螺紋參數(shù)（螺距、齒高、齒頂高、錐度、中經(jīng)、螺紋頂徑、橢圓度、齒厚）檢驗(yàn)部分，忽視了一根偏梯形螺紋石油專用管，從螺紋加工一直到下入井中，除了緊密距和單項(xiàng)螺紋參數(shù)檢驗(yàn)之外，還有基本手緊上扣位置、螺紋消失點(diǎn)處機(jī)緊上扣位置和基本機(jī)緊上扣位置的檢驗(yàn)，由于上扣時(shí)不好觀察和測(cè)量管端手緊平面、管端機(jī)緊平面，只要觀察和測(cè)量基本手緊上扣位置、基本機(jī)緊上扣位置在范圍內(nèi)，就能保證管端手緊平面位置、管端機(jī)緊平面位置合格。因?yàn)楣芏耸志o平面-管端機(jī)緊平面=Jn-J=H2就是基本手緊上扣位置：接箍端面到三角形標(biāo)記底邊的距離。

工廠端（在工廠與接箍連接的外螺紋端）用手上緊、現(xiàn)場(chǎng)端（不帶接箍的管子外螺紋端）井隊(duì)在管架或地面坡道手工連接下井工具、儀器如浮箍、浮鞋、轉(zhuǎn)換接頭、標(biāo)節(jié)、封隔器等手緊上扣位置檢驗(yàn)。

工廠端擰扣機(jī)高速檔上扣、有的井隊(duì)在井場(chǎng)地面管架用鏈鉗、管鉗手工接雙根，鉆井平臺(tái)下套管作業(yè)套管鉗高速檔上扣（以前井隊(duì)用旋繩上扣）等螺紋消失點(diǎn)處機(jī)緊上扣位置檢驗(yàn)，是下井套管全部產(chǎn)品螺紋質(zhì)量合格與否最有效的檢驗(yàn)，也是專用管螺紋的最后無(wú)損檢驗(yàn)。

如果基本手緊上扣位置和螺紋消失點(diǎn)處機(jī)緊上扣位置檢測(cè)數(shù)據(jù)在范圍之內(nèi)則繼續(xù)進(jìn)行下一步操作，就能保證工廠端擰扣機(jī)低速檔擰緊、井隊(duì)鉆井平臺(tái)套管鉗低速檔擰緊（或大鉗拉緊）后，接箍端面與三角形上扣標(biāo)記之間的位置在基本機(jī)緊上扣位置范圍內(nèi)。

如果基本手緊上扣位置和螺紋消失點(diǎn)處機(jī)緊上扣位置檢測(cè)數(shù)據(jù)不在范圍之內(nèi)則還可以無(wú)損卸開(kāi)，檢查內(nèi)外螺紋是否合格、有無(wú)損傷，螺紋密封脂有無(wú)異物，如果螺紋密封脂有異物，重新涂覆合格密封脂，重新上述操作。如果螺紋不合格或有損傷，則可以在無(wú)損情況下更換一根套管或接箍繼續(xù)上述操作。避免在基本手緊上扣位置和螺紋消失點(diǎn)處機(jī)緊上扣位置檢測(cè)數(shù)據(jù)不在范圍之內(nèi)繼續(xù)機(jī)緊上扣，發(fā)生螺紋粘扣、撕裂、滑脫以及接頭應(yīng)力開(kāi)裂等事故，保證專用管之間的螺紋連接能達(dá)到設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度、良好的密封性、可靠的互換性和較長(zhǎng)的使用壽命，確保在井下復(fù)雜的受力條件下下套管、固井、試油以及采油施工安全。

2017年8月8日某管子站向我質(zhì)檢站報(bào)檢一批修復(fù)更換接箍的套管244.5mm×11.05mm P110 BC共計(jì)120支，在檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)全部做完緊密距及單項(xiàng)螺紋參數(shù)檢驗(yàn)合格之后，本批套管被判拒收。

拒收原因：①發(fā)現(xiàn)這批管子工廠端沒(méi)有錘印上扣三角形標(biāo)記；②通過(guò)計(jì)算機(jī)緊上扣位置=(A1+9.52)-(N-NJ)(單位:mm），接箍端面到管子端面距離均不在基本機(jī)緊上扣位置（以三角形頂點(diǎn)為參照物）公差范圍（0～14.61mm）之內(nèi)。

事故分析：①管子站加工好管端偏梯形螺紋后沒(méi)有錘印上扣三角形標(biāo)記；②操作人員對(duì)偏梯形螺紋基本手緊上扣位置、螺紋消失點(diǎn)處機(jī)緊上扣位置和基本機(jī)緊上扣位置沒(méi)有清晰的認(rèn)識(shí)，根據(jù)《GB/T 18052-2000套管、油管和管線管螺紋的測(cè)量和檢驗(yàn)方法》中5.3.1.1三角形標(biāo)記位置和5.3.1.2接箍機(jī)緊的要求，檢測(cè)接箍端面到管子端面的距離NJ和接箍長(zhǎng)度N，公式NJ=(N-A1)（+5.08，-9.52）mm,推導(dǎo)出機(jī)緊上扣位置=(A1+9.52)-(N-NJ)(單位:mm），均在螺紋消失點(diǎn)處機(jī)緊上扣位置——接箍端面與三角形標(biāo)記頂點(diǎn)的距離范圍：規(guī) 格≤13-3/8″者 為0.575～0.675in（14.605～17.145mm）之內(nèi)；③在擰扣機(jī)上扣時(shí)沒(méi)有開(kāi)電腦監(jiān)控扭矩儀；④沒(méi)有測(cè)量管子端面到接箍端面的距離，只使用高速檔上扣至螺紋消失點(diǎn)（8牙圓螺紋上扣標(biāo)志），沒(méi)有進(jìn)行下一步使用低速檔擰緊至基本機(jī)緊上扣位置。

3 結(jié)論

（1）正確理解偏梯形螺紋和圓螺紋上扣位置：圓螺紋套管在推薦的扭矩范圍內(nèi)接箍端面與螺紋消失點(diǎn)處齊平，而偏梯形螺紋套管接箍端面與螺紋消失點(diǎn)處齊平，只是螺紋消失點(diǎn)處機(jī)緊上扣位置，還要繼續(xù)機(jī)緊至基本機(jī)緊上扣位置──接箍端面與上扣三角形標(biāo)記頂點(diǎn)距離范圍0～14.61mm為合格。

（2）準(zhǔn)確判斷基本手緊上扣位置、螺紋消失點(diǎn)處機(jī)緊上扣位置和基本機(jī)緊上扣位置三者之間的關(guān)系：基本手緊上扣位置、螺紋消失點(diǎn)處機(jī)緊上扣位置是最后一次螺紋無(wú)損檢驗(yàn)，是基本機(jī)緊上扣到位的保證。