石油常用专用管螺纹和管材的类型及规格

石油常用专用管螺纹和管材的类型及规格

一、前言

在石油工业发展过程中，API系列规范的石油管专用螺纹起着不可或缺的作用。石油管专用螺纹主要分为两大类：用于井下工具及钻柱构件连接的石油钻具接头螺纹及用于油套管连接的油套管接头螺纹。

随着油井气钻采作业向更深、更高压力和更高温度等更苛刻工况条件的方向发展，而且石油钻采工艺技术不断的进步，常规石油管螺纹很难满足油田的开发需求。本文就石油常用专用管螺纹和管材的主要类型、规格及发展现状作相应的介绍。

二、钻具接头螺纹

钻具接头螺纹用于如钻铤、钻杆、钻具稳定器及转换接头等钻井工具及钻柱构件的连接。目前生产和检验依据的标准主要是API SPEC 7。（螺纹外观见图3）

API SPEC 7称钻具接头螺纹为“旋转台肩连接”，是石油钻探行业连接钻柱构件最主要的机械机构。这种带锥螺纹具有通过轴向位移来补偿连结部分直径误差的特点，因此互换性程度高、结合紧密和装拆容易。其技术特点为英制锥管螺纹、有台肩连接、三角形螺纹，在管材连接中应用极为广泛。其主要螺纹型式如表1所示。

表1：钻具接头螺纹类型

序号螺纹型式英文写法螺纹牙型规格与种类

1 数字型（NC） Number style connection theads V-0.038R NC23-NC77共计13种

2 内平型（IF）Internal-flush style connection threads V-0.065 23/8in-51/2in共计6种

3 贯眼型（FH）Full-hole style connection threads V-0.065V-0.050V-0.040 31/2in-65/8in共计5种

4 正规型（REG）Regular style connection threads V-0.050V-0.040 23/8in-85/8in共计8种

1. 内平型螺纹

该型钻具接头螺纹连接外加厚或内外加厚钻杆，形成钻杆接头内径、管体加厚内径与管体内径相等或近似的通径。所有规格螺纹均采用V-0.065平顶平底三角形牙型，这种牙型为平牙底，牙顶较宽度为0.065英寸（1.651mm）。除51/2IF外，其它规格螺纹的因结构尺寸与相应的数字型螺纹完全相同，故具有互换性。该型螺纹因其牙型结构易导致应力集中，API已将其淘汰，其中包括41/2IF和4IF，它们就是曾经在我油田被大量使用的410、411和4A10、4A11，取而代之的是NC50和NC46数字型螺纹。

图1 V-0.038R、V-0.050和V-0.040牙型图2 V-0.065和V-0.055牙型

2. 贯眼型螺纹

该型钻杆接头螺纹连接内外加厚钻杆，形成钻杆接头内径和加厚端内径相等，而均小于钻杆管体内径的通径。该型螺纹的规格虽然为数不多，但却使用了V-0.065、V-0.050（牙底为圆弧，牙顶宽度为0.050英寸，1.27mm）和V-0.040（牙底为圆弧，牙顶宽度为0.040英寸，1.02mm）三种牙型，曾经被广泛用于水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤和钻头。现在除51/2FH和65/8FH两种使用V-0.050牙型、1:6锥度的大规格螺纹外，其余均在API淘汰螺纹之列。其中唯一使用V-0.065牙型的4FH与内平型螺纹一样被数字型螺纹NC40所取代。

3. 正规型螺纹

该型钻杆接头螺纹曾用于连接内加厚钻杆，形成钻杆接头内径小于加厚内径，而钻杆加厚端内径又小于管体内径的通径。API设计正规型螺纹的主要目的是将其应用于钻头连接，由于钻头位于钻柱末端，在这里螺纹牙底的应力集中现象的存在与否无关紧要，因而API把它们所有规格全数保留下来。该型使用V-0.050和V-0.040牙型，在API SPEC 7第四十版中新增添了使用V-0.055（平牙底，牙顶宽度为0.055英寸，1.397mm）

牙型的1REG和11/2REG两种规格螺纹。

4. 数字型螺纹

这是以螺纹基面中径的英寸和十分之一英寸的数字值表示的螺纹。所有规格螺纹采用V-0.038R平顶圆底三角形牙型，这种牙型的特点是圆形牙底半径为0.038英寸（0.965mm），其牙型见图1。数字型螺纹是API 推荐优先使用的螺纹，该型螺纹还有1:6和1:4两种型式，应用于方钻杆、钻杆、钻铤、钻具稳定器等钻井工具，在大庆油田NC50螺纹还用在钻头上。

螺纹型式V-0.038R指的是螺纹牙底圆弧半径0.038in（0.965mm）的V型螺纹，即数字型螺纹。V-0.040、V-0.050、V-0.065、V-0.055中各自的数字代表V型螺纹牙顶宽度的英寸数。这四种螺纹的牙底形状完全不同，V-0.040的螺纹牙底圆弧半径为0.020in（0.51mm），V-0.050的螺纹牙底圆弧半径为0.025in （0.635mm），V-0.065和V-0.055的螺纹牙底是平面。这些螺纹型式见图1、图2。

图3 钻具接头螺纹

5. 钻具螺纹检测与识别

螺纹在生产过程中按API标准规定使用螺纹工作规检验螺纹紧密距，按一定的检验周期使用钻具螺纹单项检测仪对螺距和锥度进行检测。

使用现场对已磨损的螺纹可以使用牙型规检查螺纹牙的磨损情况，其剩余牙顶宽度不低于原牙顶宽度的1/2，剩余牙顶高不低于原牙顶高的2/3，磨损牙数不超过3.5牙时，螺纹仍可继续使用，否则应进行修扣处理。

使用现场对螺纹进行识别最有效的方法是使用接头尺，这种尺是一种有专门标记了外螺纹根部直径和内螺纹扩锥孔直径的游标卡尺，使用简便、直观、准确。此外，还可以直接使用长脚游标卡尺结合钢直尺测量外螺纹根部外径、长度、内螺纹扩锥孔径对照螺纹规范查询。

螺纹竖直放置，从正面看螺旋线上升方向可判别螺纹旋向，向右上升为右旋，向左上升为左旋。

钻具螺纹的三位数表示法是冶金工业部标准SYB12604-63中规定接头的代号，第一位数字表示接头的通称尺寸，第二位数字表示接头的类型，第三位数字表示接头的内外螺纹，具体表示方法用下表说明：

第一位数字第二位数字第三位数字

通称尺寸接头类型内外螺纹

3 4 5 6 1 2 3 0 1

31/2 41/2 51/16 65/8 内平贯眼正规内螺纹外螺纹

淘汰螺纹与数字型螺纹的互换对照表：

数字型螺纹淘汰螺纹 SYB12604规定的代号

NC26 23/8IF 2A10、2A11

NC31 27/8IF 210、211

NC38 31/2IF 310、311

NC40 4FH

NC46 4IF 4A10、4A11

NC50 41/2IF 410、411

6. 钻具接头螺纹主要失效形式

经过多年的生产实践，钻杆接头螺纹主要失效形式如下几种。

1）粘扣和胀扣：发生在有较高的轴向压力情况下，外螺纹强制进入内螺纹，引起内螺纹胀开或粘扣而造成联接失效；上紧扭矩过高或井下产生过高扭矩时，也会因胀扣或粘扣而失效。

2）螺牙剪切失效：螺牙剪切失效也往往发生在最末完全扣处，螺纹锥度越大、螺纹越短越易出现剪切失效。3）断裂：因为在最末完全扣处应力最大，断裂往往发生在螺纹最末完全扣。

4）滑扣：当螺纹锥度较大时，上紧圈数未达到适当圈数而扭矩就已达到推荐值，此时承受轴向拉力作用，易发生脱扣；当螺纹间隙充填物不合理时也有这种可能性。