TP-JC螺紋油管現(xiàn)場試驗評價與運用

呂慶鋼

中國石化西北油田分公司物資供應管理中心 （新疆 輪臺 841600）

API標準的油管螺紋包括不加厚油管圓螺紋和外加厚油管圓螺紋[1]，外加厚油管圓螺紋主要用于對接頭連接強度要求較高的井況。由于其結構設計方面的原因，存在以下弊端：密封性能不強、螺紋修扣次數(shù)受限、短節(jié)及附件加工困難、抗黏扣能力較差、管端敦粗引起加工工藝比較復雜及生產(chǎn)效率低等問題。

國內(nèi)外主要的石油專用管生產(chǎn)廠都開發(fā)了特殊的扣型并申請了專利，此類專利扣型在設計時大都采用改進API偏梯形螺紋＋密封扭矩臺肩。通過改變螺紋齒高、螺距甚至螺紋承載面及導向面的角度來提高螺紋的抗黏扣性能，從而保證螺紋接頭的連接強度。同時，利用金屬結構密封面的過盈配合和臺肩位置來確保密封性能。國內(nèi)油田已使用的主要氣密封特殊扣包括：NEW VAM、VAM TOP、FOX、BEAR、BGT1、 TP-CQ、TP-FJ等油管特殊扣螺紋，這類特殊螺紋[2]都在達到外加厚螺紋的連接強度同時，具備很好的氣密封性能。在國內(nèi)外各油田氣井、高溫高壓井、深井或超深井中成功使用。但是此類特殊螺紋普遍存在以下缺點：采購成本比外加厚螺紋高30%、螺紋加工精度要求高、制造工藝復雜、配套短節(jié)采購困難、修復加工精度要求高及成本高、密封部位容易損傷、現(xiàn)場使用操作條件要求苛刻等問題。

設計開發(fā)一種沒有端部加厚但連接強度不低于API外加厚圓螺紋；不采用端部金屬密封結構但具有可靠的氣密封性能；抗黏扣能力強于外加厚圓螺紋；采購價格不高于API外加厚圓螺紋的新型油管螺紋。同時，提高廢舊油管修復再利用的次數(shù)，使油管的修復不再受加厚區(qū)長度限制或端部金屬密封螺紋加工工藝復雜的限制，已成為油田的現(xiàn)實需求和工廠提高加工效率的需要。

1 TP-JC油管接頭的結構特點

API外加厚圓螺紋（EUE）采用API等角三角形圓螺紋牙形設計，承載面角度30°，導向面角度30°；而TP-JC螺紋采用鋸齒形（近似直角三角形）圓螺紋牙形設計圖1。

圖1 TP-JC與API加厚油管接頭對比示意圖

2 TP-JC油管現(xiàn)場試驗評價與運用

2.1 抗黏扣性能現(xiàn)場試驗

A1井和A2井進行了TP-JC螺紋油管的現(xiàn)場上卸扣抗黏扣性能試驗。

2.1.1 A1井抗黏扣試驗

在 A1井對Φ88.9mm×6.45mm TP110S TP-JC螺紋油管的抗黏扣性能進行了第一次現(xiàn)場試驗，按照廠家推薦的扭矩，最小2 448N·m；最佳3 060 N·m；最大3 670N·m；進行了3組現(xiàn)場端的上卸扣試驗。每組4上4卸，人工引扣，低速檔上扣，上扣過程中接箍溫度與環(huán)境溫度一致；卸扣后公、母扣完好，溫度無異常。

為檢驗該螺紋的極限抗黏扣性能，又做了第4組上卸扣試驗。首先以3 300N·m進行了8次上卸扣，第8次卸扣后發(fā)現(xiàn)公端從小端起第6～9牙發(fā)生輕微黏扣，經(jīng)修磨后以3 500N·m又上卸扣2次，發(fā)現(xiàn)母扣和公扣的大端 （不完整螺紋部位）磨損較嚴重、公端的小端起第3～13牙承載面產(chǎn)生毛刺（經(jīng)修磨后仍可繼續(xù)使用）、母端大端起第1～10牙磷化膜脫落。

經(jīng)過以上試驗，將上扣扭矩調(diào)整為最小2 970 N·m；最佳 3 300N·m；最大 3 960N·m；并全井下入了Φ88.9mm×6.45mm TP110S TP-JC試驗油管。該井共使用試驗油管581支，下深5 505m，上扣位置非常穩(wěn)定，沒有油管被甩出。

A1井進行轉抽修井作業(yè)，共起出TP-JC油管577支，經(jīng)認真檢查，發(fā)現(xiàn)有4支油管黏扣，黏扣比例為0.69%，遠低于外加厚油管的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)5.82%。

2.1.2 A2井抗黏扣試驗

在A2井對Φ88.9mm×6.45mm TP110S TP-JC螺紋油管進行一組最大扭矩上卸扣試驗，按3 960 N·m的扭矩6上6卸。前4次上卸扣未發(fā)生黏扣，在第4次卸扣時公扣未完全退出母扣，導致第5次上卸扣后公扣的第一不完整扣金屬突出、變尖；在未進行修磨的情況下繼續(xù)進行第6次上卸扣，造成母扣的1～6扣磨尖、變形，公端有效螺紋內(nèi)1～7扣的齒形損傷。

該井共使用試驗油管631支，下深5 999.97m，上扣位置非常穩(wěn)定，沒有油管被甩出。

A3井、A4井、A5井和A6井，都全井下入了試驗用的 Φ88.9mm×6.45mm TP110S TP-JC螺紋油管，入井過程中沒有油管被甩出。

現(xiàn)場試驗表明，TP-JC螺紋油管能保證API推薦的上卸扣4次的要求，抗黏扣性能優(yōu)于外加厚圓螺紋。

2.2 抗拉強度和液體密封性能現(xiàn)場試驗

為檢驗TP-JC油管螺紋的抗拉強度和密封性能，在選擇試驗井時選擇了4口需要進行酸化壓裂施工的井（A1井、A2井、A3井和A4井）。

在實施酸化壓裂的4口井中（表1），試驗油管最小下深5 500m、管串重量在75.1t以上，最大下深5 997.97m、管串重量 81.65t；最高施工壓力91.3MPa，最低施工壓力56.6 MPa，管串均未發(fā)生滑脫，未發(fā)生泄漏。

表1 試驗井酸化壓裂參數(shù)

A5井中，完井后由于油管被稠油堵塞，進行了擠稀油解堵作業(yè)，正擠稀油施工最高泵壓55MPa；后來連續(xù)油管解堵，最大下深3 000m，正擠51次，最高泵壓 50、64、60MPa，套壓 21.1～21.0MPa，解堵成功。TP-JC螺紋油管在長時間高泵壓的狀態(tài)下未發(fā)生泄漏。

現(xiàn)場試驗證明，TP-JC螺紋油管的抗拉強度和液體密封性能不低于外加厚圓螺紋。

2.3 氣密封性能現(xiàn)場試驗

根據(jù)TP-JC油管螺紋在試驗室評價時的氣密封試驗結果，在A4井對TP-JC螺紋油管進行了氣密封性能的現(xiàn)場檢測。

試驗介質(zhì)采用氮氣與氦氣混合氣體[3-4]，檢測壓力≥77MPa（取Φ88.9mm×6.45mm TP110S油管抗內(nèi)壓強度的80%）。待測油管上扣旋緊到要求的扭矩后，將卡封器放入到待測油管，把檢測集氣套扣在油管接箍上，保證檢測空間氣體穩(wěn)定并防止泄露氣體飄走；將氦氮混合氣體打壓至檢測壓力77MPa，穩(wěn)壓20s；把檢漏儀探測頭插入檢測護套的通孔，停留時間10s，檢測氦氣泄露率，泄漏大于1.0Pa·mL/s的判定為不合格。

根據(jù)對部分推廣效果好的端部金屬密封結構的氣密封扣檢測的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，此次試驗的TP-JC螺紋的密封檢測結果與有端部金屬密封結構的氣密封扣密封效果相當。

A7井和A8井氣密封采取了40MPa和50MPa低壓測試和77MPa高壓測試的梯度壓力測試的方法，并且將泄漏標準由≤1.0Pa·mL/s提高到≤0.1Pa·mL/s為合格，具體試驗情況見表2。

表2 氣密封檢測情況

試驗證明：Φ88.9mm×6.45mm TP-JC螺紋油管在77MPa的壓力下泄漏率為2%，在50MPa壓力下具備氣密封能力，可以滿足低壓氣井的使用要求。

2.4 現(xiàn)場操作試驗

在已完成的8口井TP-JC螺紋油管的入井作業(yè)中，油管隊普遍反映該螺紋認扣容易、扭矩大小適當、位置準確、不易錯扣、操作方便，比外加厚圓螺紋油管更具實用性。

帶有端部金屬密封結構的特殊螺紋，其密封面是保證接頭密封效果的部位，也是最易損傷的部位，輕微的密封面損傷就會造成密封失效。所以在現(xiàn)場施工操作中對端部密封結構保護的要求非常嚴格。而TP-JC油管螺紋沒有端部金屬密封結構，對現(xiàn)場施工操作要求與EUE螺紋一樣，便于作業(yè)。

現(xiàn)場操作試驗證明，TP-JC螺紋油管對現(xiàn)場施工操作的要求與EUE螺紋相同，且更易認扣、操作方便。

3 結論

1）抗黏扣性能現(xiàn)場試驗表明Φ88.9mm×6.45mm TP-JC螺紋油管能保證API推薦的上卸扣4次的要求，抗黏扣性能優(yōu)于外加厚圓螺紋。

2）抗拉強度和液體密封性能現(xiàn)場試驗，Φ88.9 mm×6.45mm TP-JC螺紋油管的抗拉強度和液體密封性能不低于外加厚圓螺紋。

3）氣密封性能現(xiàn)場試驗表明TP-JC螺紋的密封檢測結果與有端部金屬密封結構的氣密封扣密封效果相當。Φ88.9mm×6.45mm TP-JC螺紋油管在77MPa的壓力下泄漏率為2%，在50MPa壓力下具備氣密封能力，可以滿足低壓氣井的使用要求。

4）現(xiàn)場試驗，TP-JC螺紋油管對現(xiàn)場施工操作的要求與EUE螺紋相同，且更易認扣、操作方便。

[1]API Specification 5B-2008 Specification forthreading,gauging and thread inspection of casing,tubing,and line pipe threads[S].

[2]王善永，楊俊義，宋志平,等.幾種特殊套管螺紋接頭[J].石油礦場機械,2005,34（4）：83-85.

[3]ISO 13679-2002 Petroleum and natural gas industries-procedures for testing casing and tubing connections[S].

[4]API Recommended Practice 5C5-2003 Recommended Practice on Procedures for Testing Casing and Tubing Connections[S].

[5]GB/T 9253.2-1999套管油管和管線管螺紋的加工測量和檢驗[S].