浅谈外加厚油管

魏善泉

外加厚油管采用锥管圆螺纹，通过接头加厚，实现联接和密封,是美国石油协会发布的基本螺纹扣型之一。其牙型为三角形、圆顶圆底，牙形角为60°，螺纹锥度为1:16,牙形角平分线与轴线垂直。当螺纹旋紧后,靠内外螺纹的牙侧面过盈配合密封,具有加工容易、与螺纹脂配合具有一定密封性、有一定的连接强度、现场维护和使用较简单、价格便宜的优点，已经成功应用80余年，在石油工业的发展史上具有不可磨灭的贡献。但是随着石油工业的发展，地质条件日益苛刻，外加厚油管螺纹的一些不足之处日益显现，逐渐不能适应特殊地层的要求。现就外加厚油管的特点、不足之处以及塔河油田油管特殊螺纹扣型的选择谈一谈个人的见解： 一、外加厚油管的特点

1、通过接头镦粗增强了连接强度

在不改变螺纹形状的前提下，接头通过镦粗工艺使接头尺寸增加,提高了连接强度,满足下深要求。

以88.9×6。45P110EUE油管为例，管体直径为3.5in，加厚部位外径增大至3.75in。根据API 5C3公式（30)计算：管体屈服强度PY为1267KN。如果油管采用不加厚方式，根据API 5C3公式（45）计算螺纹连接强度Pj为891KN。采用外加厚方式根据公式（45）油管连接强度为1560 KN。即通过外加厚方式使得油管的连接强度大幅度增

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加,甚至优于管体的连接强度。 2、通过与螺纹脂的配合实现了密封

外加厚油管齿顶与牙底间隙存在一个0。076mm间隙，上紧螺纹时，牙顶间隙为充满螺纹脂，螺纹脂固化之后堵塞泄露通道,从而实现密封效果。如图1所示

图1油管螺纹连接示意图

二、外加厚油管的不足之处 1、加工效率低,工厂产能浪费严重

外加厚油管虽然增加了油管的连接强度,但是实现油管的外加厚必须通过墩粗+二次热处理工艺实现,效率极低，而且一旦螺纹加工不合格必须重新进行墩粗根据天钢及宝钢的统计数据墩粗+热处理所需要的时间及造成的成本增加。所以导致外加厚油管成本一直居高不下。

2、拉伸载荷下易发生滑脱失效 文不对题

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图2 油管螺纹接头在拉伸载荷下受力示意图

接头上扣后，由于内、外螺纹之间的干涉，螺纹的承载面与导向面上分别受到力FL和FS的作用。当接头受到轴向拉伸载荷后,导向面上的力FS减小，承载面上的力FL增大；同时FS和FL也会由于泊松效应而略微减小。当拉伸载荷继续增大时,内外螺纹的导向面逐渐分离，FS变为0，仅承载面受力.当拉伸载荷增大到一定程度后,逐步可以克服内、外螺纹承载面之间的摩擦力，这时承载面之间就会发生相对滑动,进而发生滑脱失效。 3、不能满足较高压力下的气密封要求

外加厚油管螺纹由于存在0。076mm的间隙，存在结构不完整和气密性不足等问题，只能在一些常见井况内使用，对于越来越复杂的地质环境和井况：如深井、超深井、高压气井、稠油热采井、定向井、水平井、重腐蚀井况方面则显得力不从心，时有泄漏等事故发生。 4、上卸扣性能不好，抗粘扣能力较差

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图3螺纹上扣后应力分布图

如图所示由于上扣后应力分布不均容易引起螺纹粘扣，内外螺纹在第1 有效螺纹处接触应力最大，局部的最大应力可达到中间齿面应力的4 倍甚至更多，而接触应力是引起螺纹粘螺纹的根本原因，在上卸螺纹过程中,这一位置的齿面最容易粘扣。 5、螺纹修扣受限

如图，Leu标准长度为4 1/4in，107。95mm,减去L4长度2。313in，所余可修复长度仅为1。937in，49。19mm,螺纹修扣时每次正常损失长度为20mm,即外加厚油管每根仅能使用2—3次，而且加厚部位过短容易发生吊卡部位滑脱导致管柱落井事故。但是大部分管体在2—3次使用之后仍然是完好的，因此给油田造成了极大的浪费和经济损失.尤其是目前油价低迷的时期，尽最大限度发挥油管的潜能,降本增效，节约采油成本,对油田具有极其现实的经济意义。 6、短节等附件加工困难

由于外加厚油管镦粗工艺、数量及长度等方面的限制，无法实现工厂规模化生产，或者即使生产也代价高昂.委托小厂进行加工，由于分公司抗硫油管占绝对数量，小的生产企业无法生产抗硫化氢的金

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属材料，即使生产由于技术及装备原因无法保证抗硫性能，存在极大的安全隐患。因此抗硫油管短节呈现订货难，价格高，成本大、周期长的特点。

7、油管订货周期长，价格居高不下

由于外加厚油管加厚工艺的影响，导致油管生产周期长，价格居高不下，对于抗硫油管影响更大，据工厂不完全统计加厚工艺大约导致成本增加800-1000元/吨。 三、塔河油田油管服役特点 1、井深结构特点

井深结构具有超深、高温、高压等特点，钻井深度普遍在6000米左右,最深达8408米，管串重量100吨。 2、完井工艺特点

完井工艺通常采用射孔－完井－酸化一体化工艺，作业过程中，酸压最高压力可达100MPA.完井工艺过程中油管受力复杂，完井管柱要承受因井温、井筒压力的变化引起的交变负荷,即在封隔器坐封过程中，油管柱通常缩短，两端受拉；射孔后的酸化过程中，油管柱主要受冷液入井的影响，两端受拉趋势进一步增强;而在排液及放喷过程中，由于井温上升，油管柱伸长,在中和点以下油管受到压应力。 3、服役介质特点

塔河油田大部分油藏属于典型的高凝、高粘、重质稠油,少部分地区如塔河南、雅克拉—大涝坝地区为凝析油气藏，具有压力大，二氧化碳含量高、腐蚀性强等特点。

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四、塔河油田特殊螺纹油管的选用 1、采用简易型特殊螺纹

针对重质稠油区块采用简易特殊螺纹如天津钢管公司开发的TP—JC 螺纹、宝钢开发的SUPERMAX螺纹，这类螺纹具有抗拉强度高（连结强度可以达到甚至超过管体的抗拉屈服强度）、密封性能好（抗泄漏能力可以达到管体内压屈服的100%)、抗粘扣性能优异（螺纹配合接触应力的分布状态更加合理，抗粘扣能力明显提高）、生产成本降低（用平端油管直接加工,不用墩粗，加工工艺简化，生产效率提高）、加工方便（结构简单，采用自然退刀方式，容易加工，可修复性好普通车床就可以加工公螺纹，短节的加工容易，加工成本大幅度降低）现场操作条件要求不高（与API外加厚圆螺纹的现场操作条件要求相同）等特点，即有效克服了外加厚油管连接强度不足的缺陷，又能满足稠油地区密封性能要求不高的特点,更为重要的是其价格与外加厚油管相当甚至更低. 2、采用金属密封型特殊螺纹

对于雅克拉—大涝坝等气田采用金属密封的特殊螺纹油管,这类油管一般通过弹性密封环和金属密封结构的设计，使接头气密封抗力达到管体极限内屈服压力；通过优化结构,使接头应力分布更趋合理,有利于抗应力腐蚀;通过台肩结构的合理设计,使上扣操作更容易进行；通过材料的选择和表面处理工艺的改进,基本解决了螺纹粘扣问题，油管10次上卸扣不发生粘扣。如日本JFE公司生产的fox螺纹、NKK的3SB螺纹、宝钢的BGT1螺纹,技术较为成熟，多年来已经广泛

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应用，并取得了良好的效果。但是此类产品加工工艺复杂,价格较高。 五、推广特殊螺纹应该注意的问题 1、解决附件配套的问题

普通API螺纹应用广泛、技术成熟、工艺简单，各类修理厂都可以满足修理条件，但是特殊螺纹由于开发时间短，一般修理厂技术尚不成熟,或者由于工厂具有专利必须取得授权许可。所以在推广之前必须解决附件加工的问题，争取在工区附近授权1-3家工厂，即方便了加工，又形成有序的市场竞争。 2、采取谨慎的态度逐步推广

国内特殊螺纹起步较晚，基础研究不足比如密封设计、强度设计、防粘扣设计等方面还缺少深层次的认识，研究基本上停留在静载荷范围内.根据其他油田反映，某些国产特殊螺纹接头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,导致螺纹粘扣或主密封面粘结。所以应该坚持试验-试用—推广的过程逐步推进,存在问题的进行改进或者淘汰出局。

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