石油鉆具螺紋防粘扣技術及應用

姜穎(中石化華東石油工程有限公司六普鉆井分公司 江蘇 泰州 225300)

鉆具是保證石油生產工作順利進行的一種重要設備，一旦鉆具設備出現粘扣現象，不但會損傷螺紋，同時還可能導致鉆具的接頭直接報廢。如此一來，就會對鉆井進度造成影響，并引起經濟損失[1]。因此，做好螺紋防粘扣工作對于石油鉆具的正常使用具有重要作用，本文結合實踐工作經驗對石油鉆具螺紋防粘扣技術及其應用現狀進行了分析，旨在加快石油工程的發展。

一、鉆具螺紋出現粘扣現象的原因

引起石油鉆具螺紋出現粘扣現象的常見原因如下：（1）螺紋損傷原因。使用鉆具時常會造成螺紋出現磕碰變形等損傷，上扣時螺紋變形部位將可能受到高切向應力與壓應力的影響，在上扣操作完成后螺紋就會出現塑性變形現象，變形后螺紋凸出部分極容易出現粘扣問題。（2）螺紋參數原因。重新對部分螺紋進行車絲扣時基本參數，如錐度、牙高、緊密距或螺距等超出了規定的公差范圍，將會導致壓應力不斷增大，并由此引起螺紋過早粘扣。（3）上扣原因。如在上扣時對接不當，將會導致對接螺紋之間出現傾斜角；傾斜角出現后旋合內外螺紋時就會出現錯扣與粘扣問題[2]。上扣速度過快會導致摩擦界面的金屬出現軟化現象，因此就會造成母扣、公扣粘著，粘扣現象也就因此發生。此外，如螺紋脂的涂抹不均、鉆具退磁及消磁不徹底等也會引起粘扣。

二、石油鉆具螺紋防粘扣技術及應用

1.鉆具螺紋表面處理

對鉆具螺紋表面進行處理是預防粘扣現象出現的重要途徑，目前表面處理技術主要包括以下兩種。（1）滲氮技術及應用。通過加熱使氮元素分解為可以被鋼鐵表面所吸收的氮原子，鋼鐵吸收氮原子后，就會在表面形成厚度為5μm～50μm的氮化物，如（Cr、Mn）3N及CrN等。氮化層不但具有良好的耐腐蝕性及抗疲勞性，同時還能夠充分發揮抗粘著作用。例如，可以先對J55油管的外壁及內壁進行除銹處理，隨后將真空型氮化爐放入油管當中進行氮化處理，處理時間為8h左右，取出氮化爐后便可以上扣與卸扣。實踐證明，采用滲氮技術后，上卸扣9次之內均可以避免發生粘扣問題，同時還能夠有效減少磨損現象。（2）鍍鋅技術及應用。鍍鋅技術已經被廣泛應用于金屬防腐處理，在對螺紋表面進行處理時可以考慮選用氰化鍍鋅工藝，以增強鍍液的覆蓋能力與分散性能。實踐證明，當鍍層的厚度＞30μm時，能夠有效防止螺紋出現粘扣現象。需要注意的是，在應用鍍鋅表面處理技術時需要克服鍍鋅層熔點較低及脆性較大的缺陷，將419.5℃發熱熔點盡量提升至450℃以上。此外，由于鍍鋅層在上扣卸扣時可能會被剝落，因此要及時對剝落物進行處理，以免對環境造成污染。

2.合理使用螺紋脂

螺紋脂是連接螺紋時的一種必需物質，實踐證明應用螺紋脂不但可以使鉆具螺紋密實性及潤滑性得以增強，同時還能夠避免螺紋出現過度上緊的問題，因此在實際工作中應用可以有效預防粘扣現象的發生。為了確保螺紋脂充分發揮防粘扣作用，應注意做好以下工作。（1）在進行對扣前要對絲扣進行處理，即利用毛刷及清水將絲扣表面存在的污物，如泥漿等的清除，隨后再將螺紋脂均勻涂于絲扣表面。（2）優化選擇螺紋脂。如石油鉆具在工作狀態下面臨高扭力負荷，則應選擇含有少量軟金屬的螺紋脂，如鋅基螺紋脂等，以避免因分離油膜遭到破壞而導致螺紋脂被擠出。鋅基螺紋脂中細鋅粉的質量比為40%～60%，當鉆具螺紋受到接觸壓力的強烈擠壓時，細鋅粉就會不斷聚結成少量固體顆粒。固體顆粒可以密封泄漏管道，并同時使鉆具螺紋表面接觸狀態得以改變，當齒面接觸應力得以降低時就可以有效預防粘扣。（3）嚴格控制在API BULL 5A 2標準下生產或制作的螺紋脂。如石油鉆具在工作時承受的扭力較低，則可以使用此類螺紋脂，如扭力較大，則不適用，以免因緊扣扭矩過小而引起鉆具事故。

3.螺紋參數優化及完善上扣操作

螺紋參數優化與完善上扣操作是預防粘扣的重要方法。（1）對石油鉆具的螺紋參數進行優化不但可以有效延長鉆具的使用壽命，同時也可以有效防止出現粘扣現象。在優化參數時可以將API Spetct 5B作為控制標準，以J55級直徑為73mm的油管為例，其螺紋接箍參數標準如下：螺紋高度公差的內控標準為-0.05mm～0.02mm，API標準為-0.01mm～0.05mm；螺距公差（25.4mm）的內控標準為±0.04mm，API標準為±0.07mm；錐度內控標準為0.063mm～0.066mm，API標準為0.060mm～0.068mm；緊密距的內控標準為4.0mm～7.0mm，API標準為（5.08±3.81）mm。（2）為預防粘扣，在上扣時應注意避免野蠻操作，如在母接頭的臺肩上直接上公接頭的端部等，以避免臺肩面的密實性受到影響。應確保母接頭與公接頭相互對中后才能進行旋扣操作，如發現接頭出現卡阻或搖擺問題，則禁止通過高速旋緊的方法強行上扣，以免對螺紋造成損壞。正確的方法應為，采用大鉗稍稍回轉公母接頭，當公母接頭逐漸松脫時，將立柱提起并同時輕輕轉動立柱，完成以上操作后再次進行對扣。此外，也可以先采用人工的方法將1扣～2扣旋緊后才開始機緊操作，同時司鉆人員應根據旋緊的具體情況慢慢將剎把放松，以確保鉆桿處于垂直狀態。

結束語

綜上所述，鉆具螺紋粘扣會給石油生產工作造成非常惡劣的影響，因此要深入研究粘扣問題產生的原因，并在此基礎上合理利用防粘扣技術，如合理選用螺紋脂，強化螺紋修復及檢查，避免使用質量或參數達不到標準的石油鉆具，禁止野蠻上扣，優化螺紋的參數設計及加強鉆具螺紋檢測工作等。此外，還應在實際的工作中不斷總結防粘扣經驗，并找出防粘扣工作中存在的不足，從而為鉆具的有效使用提供條件。

[1]趙琳琳,王玉梅.中石油螺桿鉆具和鉆頭授權(長城鉆探)集采:民主協商下的集采杰作[J].石油石化物資采購,2011(2):26-31.

[2]張帥,唐明,田紅燕.如何提高鉆具組合和鉆頭水眼組合及優化鉆井參數的探究[J].中國石油和化工標準與質量,2013(19):193.