刍议当前石油钻具螺纹防粘扣技术及应用

意义和经济价值 。本文主要针对当前石油钻具螺纹粘扣现象 ，
总结 出行之有效 的防粘扣技术 ，为 同行提供扎实 的理论基础 ，
并为促进 防粘扣技术 的完善提供具参考价值 的意见 。
１ 石油钻具螺纹粘扣概述与粘扣现象的基本情况
按 照 最新 的 Ｉ Ｓ ０ １ ３ ６ ７ ９标 准 的定 义 所谓 的石 油钻具 螺 纹 粘扣现 象 ，主要是指 两个相互发 生接触 的金属 表面的冷焊 现 象 。若金 属面再次进行 相对活 动旋转 ，还会 引起粘扣处 即发 生冷焊 的部分撕裂 。从 金属学角 度来划分 ，石 油钻具螺纹 在 旋合过程 中产生粘扣现象属 于粘着磨损 。通俗来说 ，在压力 、
第 ３ ４卷第 ２ ６期
Ｖ ＿ ０ Ｉ ． ３ ４№ ． ２ ６
企 业 技 术 开 发
Ｔ ＥＣ ＨＮＯ ＬＯＧＩ Ｃ ＡＬ ＤＥＶＥＬ ＯＰ ＭＥ ＮＴ ＯＦ ＥＮＴ ＥＰ ＲＩ Ｓ Ｅ
２ ０ １ ５年 ９月
Ｓｅ ｐ． ２ ０１ ５
刍议 当前 石 油 钻 具 螺 纹 防 粘 扣 技 术 及 应 用
螺纹量规 等进行重新 的检验 ，务必保 证锥度等 达到质量要求
的标准 。并 且管具公 司要对库存石 油钻具螺纹 的长度 、锥度
等主要 指标进行检验 。石油钻具螺纹 粘扣是石 油钻具使用 过
程 中最 常见的损伤 失效 形式 。石油钻 具螺纹粘 扣不但会损 坏
这种防腐方 法会加大螺纹 现场清洗 的难 度 ，在清洗螺纹 时必
面损坏 ，降低 石油钻具 的使用寿命 ，还有 可能在卸扣几 次后
导致石油钻 具螺纹严重粘 扣而报废 ，更 甚者螺纹连接处 不但
制出容易上扣 的特殊且 基本不 出现错 扣的螺纹 ，显著 地提高 了石油钻具的使用寿命 。 ．
但通过分 析 当前 的各种粘扣失效 现象可知 ，即便螺 纹参 数不断优化也 符合各相关标 准规范 ，也有 采用特殊扣 型螺纹
石油工程企 业生产成本 直接受到石油 钻具可重 复使用 的 次 数多少影 响。而钻杆粘扣失 效 的情况在 石油 的实 际钻采过
程 常有发生 ，石 油钻具螺纹 粘扣不仅会 造成螺纹表 面损坏 ，
为重要 的现实意义 。
２ 石油钻具螺纹粘扣的机理和原因
２ ． １ 石油 钻 具螺 纹 粘扣 机理
在温度急剧上涨 的情况下 接触点两侧会 出现局部的融化结 晶
甚至再扩散 等 ，就极易导致互 相接触 的两个 表面间 出现冷 焊 现象 即粘合 。若 此时接触 面再 次发现相 对旋转活动 时，还将 发生冷焊部 分撕裂 的情况 。此外 ，如果上卸 扣过程 中没 能及 时散去摩擦 产生 的热量 ，或是 采用高温 耐压 性能较低 的润滑
剂 ，将导致更 加严重 的粘 着现象 即热 焊现象。还有 ，由材 质 相 同或 晶格 结构较为相似 的异种材料构 成的摩擦副 ，也会 造
成石油钻具螺纹粘扣问题 。 从金属 角度分析石油 钻具螺纹粘扣 问题 ，一般属 于粘着
磨损现象 。若石 油钻具螺 纹粘扣 出现铁 屑 、沙粒等硬质 颗粒 则为磨粒 和粘着磨损 。因为螺纹 内外旋 合摩擦时 ，会 引起金
的螺纹粘 扣情况 。为更 好地缓解 这种情况 ，内外螺纹 梳刀 的
几何参数 必须加 以严 格控制 ，实 现螺纹参数 的最优 化 ，促进 刀具互换 性的增强 ，并 正确对正 的进行夹刀安装 。实际上 ，
利用螺纹 参数优化 的方 法避免 因此 而引起的粘扣现象 是最常
用的方法 。
影 响钻具螺纹抗粘 扣性能还有螺 纹表面粗糙度 的原因 。 由于 ，材料 的摩擦 系数会 因为起始扣 螺纹毛刺变 大 ，因此会
粘 扣 的最 理 想 方 法 就 是 镀 铜 技 术 。
的参 数极为关键 ，在一定程上来 说合理优化参数 能降低粘扣
发 生率。其 中螺纹 锥度 、紧密度 、螺距 、齿形角 等皆为螺纹 的主要参数 。据有关 资料显示 ，内外螺纹 当出现 螺距 、齿形
角角 度、锥度等 的偏 差时 ，其过程 在螺纹 由于受 力不均衡 ，
因为螺纹 粘扣失效 引起 。 由此 ，深入 探析石油钻具 螺纹粘扣 高并超 出其屈 服强度 ，而造成 受压部分 的塑性变形 ，同时由 于塑性变形的镀层 缺失 ，或是镀层在切 向运动 时出现破裂时 ，
原 因，分 析关于 防止粘 扣问题 的措 施 ，并 降低 石油钻具粘扣
失效事 故概率 ，对 于石 油工程企业 而言有着 十分重要 的现 实
。
柴油泡 沥青 虽然是很好 的防腐剂 ，但用 在石油钻具螺纹
上却容易 引起螺纹粘扣 现象 ，因为这种 防腐剂在干燥后 ，将 变成高硬度固体依附在螺纹表面 ，且还会 出现 沥青积聚 隋况 ， 并且在这种 防腐 剂干燥 的过程 中会粘结 一些铁屑等杂物 ，若
不能很好 的清洗则会导致 钻具 因杂 物而发生粘扣现象 。由于
从摩擦学理 论角度来 看 ，石油钻具螺纹 粘扣机理则是 ：
降低石油钻 具的使用寿命 ，还有可能 在卸扣几次后 导致石油 钻 具螺纹严 重粘扣而报 废 ，更甚者 ，螺纹连接处不 但会 出现
泄露脱扣 问题 ，还会发 生落井事故 ，这给石油工程 企业带来 上 卸扣钻具 的过 程 中，在摩擦 力作用下螺纹 旋转面 因为其表 面形状误差 、粗 糙度等 因素 ，以及摩擦接触 点材料 的压力过 的经济损失无疑是 巨大的 。 据 资料显示 ，我国有高达 ８ ６ ％ 的石油钻具失效事故 皆是
钻具 ， 还 会导致钻具 的滑落促使 整个油井报废 ，造成 巨大 的
经济损 失 。所 以，研究 石油钻具螺 纹粘扣 防止 技术将有着极
作者简介 ：韩翔 ，中石化 华北石油工程有 限公 司。
须长时 间用 柴油软化 沥青 才能真正 的清洗干净 ，但若清 洗不
及时或未 能清洗干净 ，就会引起螺 纹粘扣 问题 。同时 ，在修 复钻具 的过 程 中常会 产生铁屑 等固体 ，且在归位 、运输 、吊
力小到什 么程度表 面较 为粗糙 的模 型极 易产生粘扣 。石 油钻
总 而言之 ，石油钻具 螺纹粘扣 问题是 当前石油企业 急需 解决 的问题 之一 ，由于石 油钻具螺纹粘扣 不仅会造成螺 纹表
具作业往往伴 随着恶劣 的环境 ，要满 足温度 、速度及 压力都
很高 的超深井 油 田勘探 开发 的需求 ，相对而言 ，我 国当前 研
属表面温度 的急速上升 ，进 而破坏螺纹 表面的完整性 、连续
温度 、速度过高 的加 载作用下 ，钻具 金属 面弹塑性的变形 也 就是发 生损伤 ，被潜入 或挤压剥 落金属划 出犁沟的整个过 程
就是石 油钻具螺纹 粘扣 。粘扣现 象甚者不但会 引起局部组 织
性。而粘着磨损 被称之为 咬合磨损 ，是指 两种材料表面某接 触点局部压 力超过材料屈 服强度时 ，发 生粘合并拽开时表 面
会 出现 泄露 脱扣 问题 ，还 会发生落井事 故 ，导致整 口油 井报 废 ，给石油 工程企业带来 的经济损失无 疑是巨大 的。由此可
见 ，深入探析 石油钻具 螺纹粘扣 现象 以及发生 的原 因和机理 ， 分析其有效 的防止措施 ，减少事故发生 概率 ，将具有极 为重 要 的现实 意义。虽然现有 防治措施 能起 到很好 的防止功能 ， 但依 旧满 足不 了快速发展 的石油业需求 ，因此 ，有必要 加强 新的防粘扣技术的研制。
韩 翔
（ 中石化 华 北石 油工 程有 限公 司 ，河南 郑 州 ４ ５ ０ ０ ０ ７）
摘
要 ：石油钻具螺纹粘扣现 象是石油作业过程 中最常见的损伤失效形式 ，针对因螺纹卸不开扣的部分钻杆，严重时
只 能采 取 气割将 其 强制分 离的方 法 ，制约 了石 油的 生产 ，导 致石 油企 业 巨大 的经 济损 失。 文章通 过对 钻具 螺 纹粘扣机
这 对 钻 井 生 产 的影 响极 大 ，会 导 致 石 油 工 程 企 业 巨 大 的经 济
２ ． ２ 石 油钻 具 螺纹 粘扣 的原 因
防腐材 料不 合 适是 石油 钻具 发 生螺 纹粘 扣 问题 原 因之
一
损失 。当石 油钻具发生 螺纹Ｓ Ｕ ｔ ｎ 和粘扣 问题 时 ，管具公 司有 关人员 必须对井场 内新 修复且还未 投入使用 的粘杆螺纹采 用
出现损伤 的现象 ，其 主要 表现为机件表 面结疤大小 的不 同。
变形 的情况 ，还容易 出现加上螺纹粘扣 的马氏体 。
石 油钻具螺纹 粘扣是很 多井 队都容易 出现的 问题 ，而 针
磨粒磨损指 的是摩擦表 面受到硬质颗粒 的作用 ，造成摩擦 面
出现犁沟等的磨损现象。
对粘杆 螺纹卸不 开扣的现象 ，井 队常利用气 割割开方法 ，但
理 、现 象和 各种 类型 防粘 扣 方法优 缺 点的 分析 ，探讨 出行 之 有效 的石 油钻 具螺 纹 防粘扣技 术。
关 键词 ：石 油钻 具 ；螺 纹防 粘扣技 术 ； 实际应 用
中图分 类号 ：Ｔ Ｅ ９ ２ １ ． ２ 文 献标 识码 ：Ａ 文章 编号 ：１ ０ ０ ６ — ８ ９ ３ ７（ ２ ０ １ ５ ） ２ ６ — ０ ０ １ ５ — ０ ２
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企 业 技 术 开 发
２ ０ １ ５ 年９ 月
装钻具等 工程 中，螺纹 部位容易粘 附这些 固体 ，也是 引发螺 纹粘扣 的关 键 因素 。最 后 ，经过调查显 示 ，鼠洞太脏 造成 的 螺纹脂涂 抹不均匀也是 石油钻具螺纹粘 扣发生 的原 因之一 。 由于钻杆 长时间浸泡在 鼠洞的钻井液 中 ，若 涂抹螺纹脂 时螺
纹清理不 够干净 ，将导致 螺纹粘扣现象 。最后 ，新修复螺 纹 不易粘 附螺 间隙相对较小 ，而这也是引发螺 纹粘扣 问题 的原
因之一。
本 文将 主要分析表 面处理技术 的镀铜 方法。此前 ，有学 者在相 同条 件对各种表 面处理技术 即镀锌 、镀 铜 、镀镍等影 响材料抗粘 扣性能方 面做 过研究 。研究结果显示 ，镀铜层 由 于其硬度低熔 点高可显著性增 强抗粘扣性 能。比较 起钢铁材 料 晶格参数 ，金 属铜具有硬度 低 、熔点高 的特 点 ，所以相对 来 说镀铜层具有 良好 的延展性 韧性 ，与基体结合力 较强 ，与 其 他表面处理技 术相较有着更 高的螺纹抗粘扣性 能。 由于在 上 卸扣过程 中石 油钻具螺纹过盈 配合将引起两个相 接触 的面 出现摩擦热量 ，进 而造成接触 面的温度急剧上涨 ，但镀 铜层