石油鉆具特殊螺紋防粘扣技術及表面處理工藝優化

常芹

摘 要：本文主要是對于石油鉆具螺紋粘著現象進行分析與探討，并且將如何做到減少此現象的發生做了一系列的闡述。從個人的觀點討論粘扣原理以及不同類型防粘著的方法，通過與資料的分析對比之后得出的結論。繼而使得石油鉆具能夠增加使用壽命，節約石油開采企業的技術成本。

關鍵詞：石油鉆具特殊螺紋防粘扣技術;金屬表面處理工藝;優化性能

1 粘扣現象及其主要的原因

粘扣現象是指發生在機器相互接觸的金屬表面層之間的冷焊，是機器螺紋表面上完整性、連續性和尺寸精準度遭到破壞的失效現象。失效現象的原因有多種因素，其中螺紋原料的材質、齒輪切合、裝卸扣力的大小以及配合公差都是很重要的原因。粘扣現象的具體特征表現為在機械的螺紋表面紋路不規整、會出現不同程度上的劃傷、拉毛等問題。如果想從根本上改變粘扣現象的問題，必須要先了解粘扣問題的原理。對此，國內外諸多相關技術人員進行了分析研究探討，主要把粘扣問題分為了兩種磨損方式，即粘著磨損和磨料磨損互相作業的結果。粘著磨損主要是指螺紋的旋轉面在摩擦力的作用下，螺紋的旋轉面進行受力而導致的損傷。磨料磨損主要是指在螺紋的使用面在不同規格形狀的磨料下，進行磨料的打磨而造成的粘著磨損。兩種作業方式如果在客觀原因不樂觀的情況下，磨損情況會更加嚴重。

2 防粘扣幾種常見的方法

2.1 優化螺紋參數

鉆具螺紋的參數對于油套管螺紋的抗粘扣性能有著非常大的影響，優化螺紋參數會在一定程度上減輕粘扣現象的發生。常見的螺紋參數主要有螺紋錐度和螺距、齒形角、緊密距等。在專家的研究結果下，螺紋錐度和螺距在鉆具中如果有著偏差或著齒形角的角度不相同的時候，在裝卸扣的過程中容易出現螺紋的使用受力面不均的問題，在受力比較大的部位會經常發生粘著情況，從而在大面積范圍內引起的嚴重粘扣。所以，優化螺紋的參數是防止鉆具螺紋粘著現象的一種常見方法之一。另外，螺紋表面粗糙程度也會影響著鉆具的抗粘扣性能。例如如果起始扣螺紋表面比較粗糙，會使磨料的摩擦力增大，粘扣現象就會更容易發生;相反來說，在起始扣的螺紋表面比較平整，與磨料的摩擦力減小，粘扣現象就會隨之減少。在現代開采石油的油田環境愈來愈惡劣的情況下，對石油開采的鉆具也有著更高的標準要求。于是在國內外專家團隊研究之下，共同研發出了一款容易上扣且不易錯扣的特殊扣型螺紋，這款扣型螺紋在一定程度上防止了鉆具的粘扣現象的發生。但是，由于在各種粘扣失效分析中發現，即使螺紋參數符合美國石油協會（API）標準、表面較為平整、采用了特殊扣型螺紋后，粘扣現在仍然在繼續發生，所以即使采用了這用特殊螺紋，也不會完全的避免粘扣現象的發生。

2.2 螺旋脂的合理應用

螺旋脂是在上扣環節中在油具表面涂抹的一層油脂，在上扣的過程中起到潤滑的作用。由于內外螺紋的摩擦干涉，使螺紋表面的溫度急劇升高。從而發生粘連情況。螺紋脂就是在摩擦的過程中，防止高速轉動而發生的粘連情況。中國石油天然氣集團發明了一種螺紋脂，可以在一定程度上防止鉆具在高速運轉、急速摩擦而出現的粘連現象。發明的這款螺紋脂可以在鉆具的金屬表面形成保護表層的薄膜，可以減輕在鉆具使用中摩擦的力量。能夠有效的減少與金屬表面的直接接觸，有利于減少粘著現象的發生。

2.3 對金屬表面的處理

在防粘扣的方法中，對金屬表面處理也是非常重要的條件之一。主要有以下幾種方法：第一，對表面進行滲氮處理，處理的過程主要是將滲入的元素通過加熱，分解成活性氮原子被鋼鐵表面所吸收。并向金屬的內層擴散從而形成具有一定厚度的氮化層。氮化層具有硬比較高、抗疲勞性好和耐蝕性好，所以在石油鉆具防粘著性能上比較突出。第二，將金屬表面進行鍍鋅也是對石油鉆具金屬表面處理的一種有效方法。鍍鋅是一種使用比較廣泛的金屬防腐方法，由于鋅的物理屬性比較活潑，可以有效的保護金屬制品的表層及內部，降低對金屬的腐蝕性。并且與其它的材料相比，鍍鋅的成本比較低，所以在金屬表面鍍鋅的使用會比較廣泛。第三，磷化金屬表層，磷化處理適用于金屬的鍍鋅的部件。對金屬表面進行磷化處理后，會使表層的結晶均勻。在進行磷化處理后，可在一定程度上降低粘著現象的發生。使其在金屬面形成磷化膜，在磷化膜與金屬表面之間會有一定的縫隙，可以儲存一定的油量。在鉆具的使用當中，減少直接與金屬表面的接觸。有利于增強鉆具的使用壽命。

3 結語

在石油套管螺紋的粘著失效損傷較輕時，會破壞螺紋表面原有的螺紋形狀，大大的降低了鉆具使用壽命。甚至有時在損害的情況稍嚴重時，會因為螺紋表面損傷比較嚴重而造成鉆具的直接報廢;在損傷很嚴重的情況下，在鉆具部件不契合而造成的脫扣，不僅會危害到技術人員的生命安全，而且還會對企業造成巨大的經濟損失。因此，分析和研究石油套管粘著原因，合理的提出粘著的措施，防止或減少石油套管發生粘著失效的事故，對企業和國家都具有十分重要的意義。

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