特殊螺纹使用现状及存在的问题

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近年来，上海宝钢、天津钢管公司、无锡西姆莱斯等均成功开 发了各自的特殊螺纹产品，并取得了一定的应用，使得我国在 特殊螺纹方面的研究达到了一个新的阶段。 结合本人在开发、应用特殊螺纹接头过程中遇到的问题，从几 个侧面综合分析、评述目前该领域的研究现状，并指出存在的 问题，探讨进一步的研究开发方向。为进一步开发特殊扣产品 提供参考。
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三、我国油套管的发展及特殊扣油套管所占的比例
1. 总体产量逐年增加 据不完全统计，2003年我国油井管产量为145万吨，2004年为160 万吨，2005年估计达180万吨，随着国内油井管生产厂家的增加及 各厂家加工能力的增加，到2010年，油井管产量将达到200-220万 吨。 2. 产品基本上都是API螺纹油套管 具有较高技术附加值的特殊螺纹产品产量少，品种也少。难以满 足我国油田的需要。
API圆螺纹
API偏梯形螺纹
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特殊螺纹
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3 API螺纹的特点
优点： 1）技术成熟，易于加工，加工成本低； 2）尺寸精度要求低，加工合格率高。 缺点： 1）连接强度低，主要指圆螺纹接头（管体强度的60-80%）； 2）密封性能差，且不可靠； 3）上扣控制难，易发生粘扣； 4）接头应力水平高，耐应力腐蚀性能差。
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4）国内企业特殊扣产品的系列少，可供油田选择的扣型有限 除了天津钢管公司与Hunting公司合资企业的特殊扣Hunting系列规 格比较齐全外，无锡西姆莱斯有5种特殊扣产品，其他厂家的特殊 扣规格系列很少，基本上是一个厂家只有一种特殊扣产品，很难在 激烈的市场竞争中占有一席之地。而国外的油套管生产厂，特殊扣 产品系列和扣型很多，如住友金属有27种、V&M有25种、Tenaris集 团有21种。
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7）不具备短节加工能力 有些国内企业，从国外引进了具有很高精度的螺纹加工车床，有能 力加工特殊螺纹油套管，但在生产线上加工短节和配套的辅件却很 困难，有时无法加工，有时可以加工，但效率很低。而这些短节和 配套的辅件却是特殊扣产品推广使用中不可缺少的，故而影响了特 殊扣的发展。
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五、几点建议
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国内对特殊螺纹接头油套管的研制尚处于起步阶段，还不具备大 批量生产的能力，油田所需特殊螺纹油套管几乎全部从国外进口。
国内对特殊螺纹油套管开发非常重视，上海宝钢开发了BGT特殊 螺纹，天津钢管公司开发了TPCQ特殊螺纹，无锡西姆莱斯开发了 WSP-1T等。推广应用不够。 国产特殊螺纹油套管不但产量低、品种少，部分品种在性能方面 还存在一些缺陷。需要进一步加大开发研究力度。
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四、存在的问题分析
与国外相比，我国使用、研制特殊螺纹产品起步较晚，目前还存在 以下七个方面的问题： 1）特殊扣产量远远跟不上使用要求 我国2005年特殊扣产品的产量估计有3.5万吨，仅占油井管总消耗 量的2%左右，远达不到我国油田的用量，我国每年不得不从国外进 口特殊扣产品。 2）特殊扣用量还远未达到国际一般水平 我国气油比已经达到1:3，按照一般国际规律，特殊扣油套管用量 应达到总量的30%以上，而2005年特殊扣产量仅为总产量的1.94%， 考虑进口特殊扣的使用，合计也不超过5%，因此还有很大的需求空 间。
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5 特殊螺纹的发展历史

20世纪初，API圆螺纹油套管获得广泛应用 20世纪40年代，API推出了连接强度更高的偏梯形螺纹油套管 随着钻井技术的发展，这两种套管都不能满足需要，特殊螺纹油 套管的出现，较好地解决了这个问题。 美国的Atlas Brandford和Hydrill 两公司于60年代初最早开发 成功特殊螺纹套管接头并申请了专利注册。
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6）基础研究工作不到位 国内对特殊螺纹油套管的开发还处于从引进、模仿到自主开发的过 程中，对特殊螺纹的设计原理，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。有的企业在仿造国外特殊扣的过 程中，没有深入理解其设计原理，只是从避开现有专利的角度出发， 对原有结构进行微小变动，认为这样不但可以避开专利约束，而且 成功的把握性大。但是，产品加工出来后，性能却不如人意。因此， 根据用户反应，某些国产特殊螺纹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， 致导致螺纹粘扣或主密封面粘结。因此，进一步加强基础研究工作， 加大科研投入力度，是我国各油套管生产厂开发特殊扣的关键
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5. 使用的特殊螺纹扣型 扣型很多，包括TM、NK3SB、FOX、VAM、NEWVAM、NSCC、VAMTOP、 TPCQ、WSP-1T、BGT等等 。 6. 特殊扣涵盖的钢级 N80、L80、C90、80S、M65、65S、95S、T95、105H、100H、P110、 Q125、V140等 。
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总之，我国特殊螺纹接头油套管的开发还需要做很多工作，国内一 些先进的油套管生产企业，更需要形成自己的特殊螺纹接头产品系 列，形成自己的品牌，生产出高性能的油套管产品，满足国内市场 需求，并争取使国产特殊螺纹早日走向国际市场。
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3）开发特殊螺纹产品，一定要从用户的要求出发，一切为用户着想 一种特殊螺纹产品能否推广应用，能否被油田用户接纳，不仅要结 构设计合理、加工成本适宜，而且要充分考虑油田的操作方便，配 套服务也一定要跟上。对于短节加工、辅件供应、转换接头加工、 井口法兰等配套设施，要与油田一起解决。在特殊螺纹结构设计上， 也不能仅仅从实验室的操作条件出发，而要充分考虑油田的实际情 况。比如，金属/金属密封结构要不易于损坏，上扣扭矩的范围要 满足油田要求，考虑油田的测井技术要求等，必须为油田提供该特 殊扣产品的操作手册，同时还需要提供检验、维修、下井跟踪等服 务。
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5）受钢级系列的限制 众所周知，特殊螺纹油套管通常用在酸性气井、含二氧化碳气井、 油气混合井、稠油热采井、高压气井、深井、超深井、低压低渗透 井中，这就要求油套管材料本身要具有抗硫化氢、抗二氧化碳腐蚀、 抗挤、超高强度等性能，因此只有具备生产象M65、65S、80S、L80、 13Cr、P110、C90、95S、T95、Q125、V140等特殊用途或高钢级的 管材，特殊扣的应用范围才会扩大。而国内具备生产这类产品能力 的企业还不多，仅有天津钢管公司、上海宝钢、无锡西姆莱斯等几 家。不具备生产特殊用途油井管的企业，即使开发成功了特殊扣产 品，也很难获得有效地应用。
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4 特殊螺纹的特点 特殊螺纹是在研究了API螺纹的优缺点后开发出来的新一代螺纹 形式，将API螺纹结构既承担密封功能又承担连接功能分开。 1）先进的螺纹形式：螺纹只需要承担密封功能，为优化螺纹设计提 供了更加广阔的空间，一般连接效率高、不粘扣、寿命长； 2）多重密封结构：密封功能将原有的螺纹承担密封改变为有一种以 上的独立结构承担，这可以大大提高密封可靠性。 3）增加扭距台肩，一方面保证连接位置的准确，另一方面吸收一部 分扭距能量使得螺纹部分扭距能量减少。
特殊螺纹油套管在市场上具有广阔的前景，开发特殊螺纹接头也是 国内油套管生产厂参与市场竞争的重要手段，因此，国内油套管生 产厂都非常重视特殊扣的开发。笔者结合自身开发特殊螺纹的经验， 提出以下几点建议，仅供开发特殊螺纹参考： 1）高度重视特殊螺纹油套管的研制与开发 特殊螺纹油套管的用量越来越大。从国外进口特殊螺纹，一是价格 昂贵，我国油田难以接受；二是检验检测困难，量规量具均由厂家 提供，油田自己无法检测；三是辅件供应不及时。而一旦特殊螺纹 实现国产化，上述困难将不存在。因此，专家指出，在我国推广使 用特殊螺纹油套管，国产化是必由之路。特殊螺纹市场前景非常广 阔。
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二、特殊螺纹的发展历史及现状
1 油套管螺纹的分类
非API螺纹（特殊螺纹） 每英寸8牙 圆螺纹 10牙 每英寸 油、套管螺纹 API 螺纹 (每英寸5牙) 偏梯形螺纹 直连型螺纹 (较少使用 )
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2 油套管螺纹的结构对比
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表1 我国油套管产量及特殊扣所占的比例
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表2 国内特殊螺纹油套管生产企业及产量
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3. 使用过特殊螺纹油套管的油田 据统计，大庆、辽河、中原、大港、华北、长庆、青海、吐哈、 新疆、塔里木、四川、胜利、新星公司西南局、新星公司西北局、 渤海、南海、东海等17个油田都使用过特殊扣产品，占我国油田 的80%以上。 4. 特殊扣产品所应用的井况 深井、超深井 中、高压气井 油气混合井 稠油热采井 工程 特殊螺纹接头油套管属于高技术产品，开发特殊螺纹产品需要经过 产品设计、有限元应力分析、量规及专用量具设计、刀具设计、产 品加工、全尺寸评价试验、下井试验等多个环节。对于设计合理的 特殊螺纹接头，还应该同时考虑可加工性，考虑经济性，特殊螺纹 才有可能形成产品。可以说，此项产品的研制开发是一项系统工程， 其间存在许多技术难点和诀窍，这一点我们必须要有清醒的认识。 希望走捷径、模仿或一躇而就的想法是不现实的。
我国特殊螺纹接头油套管生产使用 现状及需要注意的几个问题
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提纲
一、前言 二、特殊螺纹的发展历史及现状 三、我国油套管的发展及特殊扣油套管所占的比例 四、存在的问题分析 五、几点建议
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一、前言



众所周知，接头是油套管柱中最薄弱的环节。采用特殊螺纹接 头代替API接头是公认的解决油套管失效最有效的方法。 特殊螺纹接头突破了API接头在结构设计方面的框架，一般具有 连接强度高、密封性能好等优点，较好地解决了油套管接头的 结构完整性和密封完整性问题，应用的范围不断扩大。 特殊螺纹接头具有广阔的市场空间，在我国，开发具有较高技 术附加值的特殊螺纹油套管，已得到了广大油套管生产厂的高 度重视。
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6 特殊螺纹的发展现状


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国外对特殊螺纹套管的研究已经取得很大成功，已经成功开发 了100多种特殊螺纹接头。 特殊螺纹的开发方法主要采用有限元模拟技术、应力分析技术、 全尺寸模拟实验技术。目前在以下几个方面取得了突破性进展： 密封技术； 高连接强度设计； 防粘扣技术； 耐应力腐蚀设计； 上扣可靠性提高； 无接箍设计； 研制了抗高温蠕变及变形的接头。