油套管粘扣和泄漏失效分析综述

2011年第40卷第4期第21页

石油矿场机械

OIL FIELD EQUIPMENT2011,40(4):21~25

文章编号:1001-3482(2011)04-0021-05

油套管粘扣和泄漏失效分析综述

吕拴录1,2,李鹤林3,藤学清2,周杰2,杨成新2,秦宏德2,迟军2,乐法国2

(1.中国石油大学机电工程学院,北京100249;2.塔里木油田,新疆库尔勒841000;

3.中国石油管工程技术研究院,西安710065)

摘要:对我国油田油、套管粘扣和泄漏事故进行了大量调查研究和失效分析,给出了油、套管粘扣和泄漏的定义。分析了由于机械加工、表面处理和螺纹脂质量不合格以及使用或装配不当等导致油、套管粘扣和泄漏的原因。从材料选择、螺纹接头质量控制、内外螺纹接头参数匹配、螺纹脂优选和现场使用操作等方面提出了防止粘扣和泄漏的措施。

关键词:油管;套管;粘扣;泄漏;失效分析

中图分类号:T E931.2文献标识码:A

Summarizing of Failure Analysis on Tubing and C asing Galling and Leakage

LV Shuan-lu1,2,LI H e-lin3,TENG Xue-qing2,ZH OU Jie2,

YANG Cheng-x in2,QIN H ong-de2,CH I Jun2,LE Fa-g uo2

(1.College of M echanical and Electr ical Engineer ing,China Univers ity o f Petro leum,Beij ing102249,China;

2.T ar im Oilf iel d,K or la841000,China;

3.T ubular Goods Res ear ch Center of CN PC,X i.an710065,China)

Abstract:The thorough investigation and failure analysis o n tubing and casing galling accident in

4结论

1)选取轴向零点以下受压套管串为研究对象,考虑有、无变截面条件下对套管串进行屈曲变形数值仿真计算,得到套管串后屈曲变形及其与井壁的接触状态。

2)变截面不仅影响套管串后屈曲变形形状,还影响套管串与井壁的接触位置、接触力大小、接触点个数及接触区域大小。

3)该数值仿真计算方法能够较准确地描述考虑变截面情况下管柱后屈曲变形状态,对管柱受压屈曲分析具有重要的理论意义和应用价值。

参考文献:

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*收稿日期:2010-09-16

作者简介:吕拴录(1957-),男,陕西宝鸡人,教授级高级工程师,1983年毕业于西安交通大学金属材料专业,中国机械工程学会失效分析分会失效分析专家,从事石油管材失效分析、技术监督和科研工作,E-mail:lvshuanlu@。

national oil fields is presented,and the galling of tubing and casing w ere defined.Galling causes due to disqualification of machining cut,sur face treatment,thread compounds and abnorm al o pera -tion and assembly are analy zed.T he prevent measures fro m galling of tubing and casing ar e sug -g ested on aspect o f m aterial selection,thr ead joint quality contr ol,match o f pin and bo x,thread com pounds requirem ent,operation and etc.

Key words:tubing;casing;galling ;leakage;failure analysis 油、套管失效事故轻则造成大批油、套管损坏,甚至导致管柱落井事故,重则使整口井报废,造成巨大的经济损失。如果不对油、套管失效事故及时进行分析,找出油、套管失效的原因,采取预防措施,同样的事故会多次发生,造成的经济损失会更大。油气井的寿命是由油、套管决定的,如果套管出现问题,油、气井就不能正常钻进,如果油、套管损坏,油、气井就不能正常生产[1]

。

油、套管的失效类型有粘扣、泄漏、脱扣、挤毁、破裂等。粘扣和泄漏在油、套管失效事故中占的比例最大,是最常见的一种失效形式。粘扣会严重地影响油、套管使用寿命,甚至导致管柱掉井事故。泄漏会破坏油、套管密封完整性,使油、套管柱失去正常密封能力,最终导致修井作业,或使整口井报废。

油、套管粘扣和泄漏失效事故涉及的因素很多,不仅与油田使用操作有关,也与设计选用和工厂的加工质量有密切关系,是一个很复杂的系统工程,这就增加了粘扣失效分析工作的难度,对失效分析工作者提出了更高的要求。因此,分析研究油、套管粘扣和泄漏原因,寻找预防粘扣和泄漏的措施,防止或减少油、套管发生粘扣和泄漏失效事故,具有十分重要的意义。

1 粘扣失效分析

1.1 粘扣的定义

内、外螺纹配合面由于摩擦干涉,表面温度急剧升高,使内、外螺纹表面发生粘结。由于上、卸扣过程中内、外螺纹表面有相对位移,粘扣常伴有金属迁移。粘扣通常表现为粘着磨损,但是如果有砂砾、铁屑等硬质颗粒夹在内外螺纹之间,也会形成磨料磨损[2]。1.2 影响因素

1.2.1 机械加工质量的影响[3]

1) 螺纹表面粗糙度 机械加工螺纹表面粗糙,内、外螺纹旋合时易粘扣。螺纹表面的粗糙度与加工螺纹的刀具和车床的精度、性能等有关。

2) 内、外螺纹参数不匹配 在内螺纹锥度大、

外螺纹锥度小的情况下,内、外螺纹接头配合之后其小端接触力大,容易形成粘扣;在内螺纹锥度小、外螺纹锥度大的情况下,内、外螺纹接头配合之后其大端接触力大,容易形成粘扣。

当内螺纹接头螺距大于外螺纹接头螺距时,在接头大端螺纹导向面和接头小端螺纹承载面接触力大,容易发生粘扣;当内螺纹接头螺距小于外螺纹接头螺距时,在接头大端螺纹承载面、小端螺纹导向面接触力大,容易发生粘扣。螺纹接头不同部位的螺距不同,内、外螺纹接头配合之后不同区域的接触力差别更大,接触力大的螺纹侧面更容易发生粘扣。在这种情况下,粘扣的位置及规律应具体分析。

内、外螺纹接头啮合之后在内螺纹齿顶与外螺纹齿底或内螺纹齿底与外螺纹齿顶形成的间隙过大,使接头的抗泄漏能力降低。反之,内、外螺纹上扣干涉量增加,容易粘扣。牙形半角不匹配也会使相互干涉的螺纹牙侧面形成粘扣。

在螺纹其他单项参数偏差很小的情况下,螺纹紧密距主要反映了螺纹中径的大小。如果外螺纹紧密距偏大(螺纹中径偏大),内螺纹紧密距偏大(螺纹中径偏小),则按正常扭矩上扣之后有外露扣;如果增加扭矩上扣到无外露扣,很容易发生粘扣;如果外螺纹紧密距偏小(螺纹中径偏小),内螺纹紧密距偏小(螺纹中径偏大),则按正常扭矩上扣之后外螺纹退刀部位的不完整螺纹易与接箍大端的螺纹接触干涉,发生粘扣。

1.2.2 表面处理质量的影响

表面处理包括镀铜、镀锌、镀锡、磷化等。表面

处理不合格包括:¹表面处理层厚度不足,在使用中很容易磨掉;º表面处理层强度和韧性不足,在使用中容易破碎脱落;»表面处理层不致密,有孔洞、砂眼等缺陷,在放置和使用过程中容易生锈;¼表面处理层与基体结合力不强,在使用中容易剥离脱落。一旦表面处理层脱落,在上、卸扣过程中内、外螺纹接头基体金属就会直接接触,很容易发生粘扣。

1.2.3 螺纹脂质量的影响

螺纹脂的功用是:¹润滑螺纹表面,减少摩擦

#22# 石油矿场机械 2011年4月