國外特殊扣的主要類型及其主要特點

1、國外油井管特殊扣的主要類型及其特點張 居 勤滄州華北石油專用管材有限公司國外油井管特殊扣的主要類型及其特點張居勤 （滄州華北石油專用管材有限公司）摘要介紹了國外生產(chǎn)和應(yīng)用比較廣泛的幾種主要特殊扣油井管的接頭類型及其結(jié)構(gòu)形式，并分析了各種特殊扣的特點和優(yōu)點及其使用情況，對國內(nèi)各油井管生產(chǎn)廠家開發(fā)特殊扣油井管具有一定的借鑒作用。關(guān)鍵詞 油井管 特殊扣 類型0 前言在石油工業(yè)的發(fā)展過程中，隨著油井氣鉆采作業(yè)向更大井深、更高壓力和溫度、更苛刻工況條件的方向發(fā)展以及石油鉆采工藝技術(shù)自身的進步，石油專用管常用的API STC 、API LC 和API BC型螺紋接頭1已難以滿足油田的開發(fā)要求。雖然API圓

2、螺紋有比較優(yōu)良的密封性能，但其螺紋部分的連接強度卻只相當于管體部分的60%80%，而API偏梯形螺紋盡管螺紋部分連接強度較高，但密封性能不理想2。所以，世界各大石油專用管制造廠都致力于開發(fā)連接強度和密封性能更優(yōu)越的特殊螺紋油井管。1 特殊扣的主要類型目前，國外生產(chǎn)和使用的特殊扣油井管約有上百種，而比較典型、應(yīng)用較為廣泛的卻只有十多種3。1.1 TM特殊扣由日本住友金屬工業(yè)公司開發(fā)，其扣型和密封形式見下圖1： a.螺紋牙形 b.密封形式 螺紋參數(shù)： 承載面角度：3 API BC 改進型 增加雙金屬密封 導(dǎo)向面角度：10 錐度： 1：16每英寸牙數(shù)： 5牙表面處理：內(nèi)外螺紋磷化。密封形式：錐面對錐

3、面金屬密封，90臺肩端面密封兼為扭矩臺肩 。TM屬于比較簡單、經(jīng)濟但實用可靠、用途廣泛的特殊扣產(chǎn)品。1.2 SM-EF特殊扣 由日本住友金屬公司開發(fā)其牙形見圖2 ，無金屬密封。 圖2 SE-EF 特殊扣的螺紋牙型螺紋參數(shù)： 承載面角度：3 導(dǎo)向面角度：45或30每英寸牙數(shù)： 3牙齒高：1.982（API BC為1.575）錐度：1：8.5表面處理：鍍鋅。1.3 NK3SB特殊扣由日本鋼管公司（NKK）開發(fā)。見圖3a.螺紋牙形 b.密封形式螺紋參數(shù)： 承載面角度：0可降低接箍的周向應(yīng)力；導(dǎo)向面角度：45螺紋牙頂平行于管子軸線，易對扣。螺紋錐度：1：16每英寸牙數(shù)： 5牙/套管；8牙/油管表面處理

4、：接箍鍍鋅或鍍銅。密封形式：公扣球面對母扣錐面線接觸，90密封臺肩。NK3SBSS油管特殊扣：在NK3SB的基礎(chǔ)上加密封環(huán)。NK-EL特殊扣：加厚,無接箍連接套管：改進型直連型套管接頭，每英寸牙數(shù)： 5牙/219.1-273.1；6牙/127-193.1; 螺紋錐度：1：8/127-193.1;1:9.6/219.1-273.1; 螺紋參數(shù)： 承載面角度：6；導(dǎo)向面角度：6螺紋牙頂平行于管子軸線，易對扣。齒高:同API油管: 每英寸牙數(shù)： 6牙螺紋參數(shù)： 承載面角度：15；導(dǎo)向面角度：15螺紋牙頂平行于管子軸線，易對扣。螺紋錐度：1：16NK EL-CB:內(nèi)涂層油管,內(nèi)臺肩上有密封環(huán). 加厚,

5、無接箍連接NK-SL: 加厚,無接箍連接,60.3-73油管: 每英寸牙數(shù)： 6牙螺紋參數(shù)： 承載面角度：6；導(dǎo)向面角度：6, 螺紋錐度：1：16NK2SC特殊扣：內(nèi)微加厚帶螺紋接箍接頭. NK-EL特殊扣改進型套管127-273.1,油管60.3-114.3NK-FJ:外平接頭套管,適用于尾管接頭,114.3-196.9承載面角度：0可降低接箍的周向應(yīng)力；導(dǎo)向面角度：45螺紋牙頂平行于管子軸線，易對扣。螺紋錐度：1：16每英寸牙數(shù)： 6牙NK-FJ1:管端微加厚NK-FJ2:不加厚NK HW: 適用于厚壁的尾管接頭,生產(chǎn)層套管,回接套管.承載面角度：-3；導(dǎo)向面角度：30螺紋牙頂平行于管子軸

6、線，易對扣。螺紋錐度：1：8每英寸牙數(shù)： 5牙127-355.6NK-HW:母端加厚,公端不加厚的整體接頭NK-HW-C:不加厚帶接箍1.4 NSCC特殊扣由日本新日鐵公司開發(fā)。見圖4a.螺紋牙形 b.密封形式圖4 NSCC特殊扣的接頭形式螺紋參數(shù)：與 API BC 相同。 密封形式：錐面對錐面1:10，面接觸，90雙內(nèi)扭矩臺肩。表面處理：接箍鍍鋅或鍍銅。1.5 SEC特殊扣由阿根廷世特佳公司開發(fā)。見圖5 a.螺紋牙形 b.密封形式 螺紋參數(shù)： 與 API BC 相同。 密封形式：錐面對錐面，面密封，SEC特殊扣的接頭形式套管為-15內(nèi)扭矩臺肩，油管為-20內(nèi)扭矩臺肩。表面處理：內(nèi)、外螺紋磷化

7、。1.6 VAM特殊扣由法國瓦魯瑞克公司開發(fā)，其應(yīng)用最廣泛，使用量在各類特殊扣中居首位。見圖6 螺紋類型： API BC 密封形式：采用錐面對錐面的主密封形式和-15反向臺肩的輔助密封形式。其特點是易于加工，簡單實用，性能可靠。 圖6 VAM特殊扣的接頭形式注：（1） NEW VAM 由法國瓦魯瑞克公司開發(fā)并形成系列，還有VAM ACE 、 VAMS、VAMHW ，可適應(yīng)不同服役條件的要求。日本住友金屬公司等購買了此類特殊扣技術(shù)的使用權(quán)。（2）VAM TOP由法國瓦魯瑞克公司與德國曼內(nèi)斯曼公司聯(lián)合開發(fā)，性能優(yōu)良，目前屬高品質(zhì)的特殊扣。1.7 BDS 特殊扣由德國曼內(nèi)斯曼公司開發(fā)，見圖7螺紋類型

8、： API BC。 密封形式：反角15扭矩臺肩，錐面與球面密封。圖7 BDS特殊扣的接頭形式奧鋼聯(lián)VAGT套管螺紋：套管VAGT扣，是奧鋼聯(lián)設(shè)計并持有專利的一種專用于氣井的特殊氣密性螺紋。它在API的標準上做出了一定改進，具有氣密性強，承壓能力高的特點，是目前應(yīng)用于天然氣生產(chǎn)套管中的新型螺紋之一。1.8 FOX特殊扣由日本川崎公司開發(fā)，見圖8圖8 FOX特殊扣的接頭形式螺紋類型及參數(shù)： API BC。 密封形式：球面對端面反向角扭矩臺肩，螺紋前端螺距取正偏差，中部為0，后端為負，螺紋旋合后愈擰愈緊。1.9 TWO STEP系列特殊扣 美國Hydril公司和Hunting公司及阿根廷的Sider

9、ca公司均分別研制開發(fā)了雙臺階的特殊扣，有的用于平端油套管，有的用于加厚油管；抗扭矩的輔助密封臺肩有的采用直角形式，有的采用反向角形式。見圖9內(nèi)螺紋 外螺紋圖9 TWO STEP特殊扣的接頭形式1.10 其它比較典型的特殊扣在上述特殊扣油井管之外，還有形形色色其它類型的特殊扣，比較典型且形成系列的有美國Hunting公司的HD Seallock、法國與德國合資的VM公司的NEWVAM、阿根廷Atlas Bradford的ST及美國Hydril公司的TAPES500 等特殊扣產(chǎn)品。這些成系列的特殊扣油井管可適用于不同井況，滿足不同的使用要求。圖10為AB的ST-L鋸齒形特殊扣，類似的有VAM的A

10、CE型，但其導(dǎo)向面角為10，承載面角為-3。a a 圖10 ABST-L 鋸齒形特殊扣 圖11 Hydril的楔形特殊扣此類螺紋一般用于直連型加厚油管或小套管。圖11為Hydril公司500系列的501、521、533和563等類型特殊扣采用的楔形螺紋，其抗彎曲、抗滑脫能力強，多用于水平井等油氣井中，亦可用于生產(chǎn)膨脹管。 目前，世界各國設(shè)計開發(fā)的油井管特殊扣主要系列有以下四大類： VM: VAM, NEWVAM, VAMTM, VAMACE, VAMFJL, VAMPRO, VAMHWST,VAMSLIJ-II, VAMTOP, VAMTOP HC，VAMTOP HT, VAMTOP FE V

11、AMMUSYT, BIG OMEGA, MID OMEGA Hydril : MAC, MAC II, CS PH6, PH4, SuProme LX, TYPES 500: 501. 503. 511. 521. 533. 561. 563 Hunting: HD lockIT, TSHD, TSHP, CONVERTIBLE, Seallock系列：TKC,MMS,HT,HC,SF,BOSS,FGL,MMSFGL,FLUSH APEX等 Tenaris: SEC(siderica), ANTARES（dalmine）,PJD（dalmine），F(xiàn)L-IS,ST-L,TC-II，NJO(at

12、lasbladford),NK3SB,NK2SC,NKL, NKSL(nkk),FOX(kawaaskiandhunting).2 特殊扣油井管的特點 各國、各公司特殊扣油井管的設(shè)計盡管種類繁多，形狀各異，但其基本形式大體相同，主要都是為了提高管柱的連接強度和密封性能。2、1 一般來講，多數(shù)的特殊扣油井管的接頭都是分為三個部分：連接螺紋部分、抗扭矩臺肩部分和密封面部分；2.2 大多數(shù)特殊扣油井管的連接螺紋部分都采用API偏梯形螺紋，旨在提高螺紋旋合部分的互換性。只有少數(shù)特殊扣油井管采用幾何形狀各異的結(jié)構(gòu)形式；如 VAM ACE的鋸齒形扣和Hydril Series500系列的楔形扣等。不過，隨

13、著鉆井工藝技術(shù)和管加工技術(shù)的不斷發(fā)展，此類螺紋牙形變化的特殊扣有著逐步擴大的趨勢和較好的發(fā)展前景。2.3 抗扭矩臺肩大多設(shè)計為反向的，以利于在套管旋合后使臺肩鎖住管端，不致因管端受到周向收縮力而縮徑，降低密封面的接觸應(yīng)力。同時臺肩也起輔助密封作用和抗過扭矩作用。2.4 特殊扣的主密封形式不外乎以下幾種：A 球面對錐面密封；B 球面對圓柱面密封； C 錐面對錐面密封； D 圓柱面對圓柱面密封等； E 臺肩對臺肩密封。3 特殊扣油井管的優(yōu)點：特殊扣油井管在其使用的初期，大多是針對不同的油田、不同的區(qū)塊、不同的井況而設(shè)計的，具有濃厚的“個性化”色彩。但隨著井況條件的日益復(fù)雜，管材服役條件更加苛刻，國

14、外各種各樣的特殊扣經(jīng)過油田的比較、篩選和實踐考驗，逐步形成10多種較為典型的、基本能滿足目前各油田特殊需要的產(chǎn)品。雖然各種不同的特殊扣油井管產(chǎn)品可以滿足不同井況鉆采的需求，但是 ，其有一定的通用性，其共同優(yōu)點為：3.1 接頭連接強度高，可以與管體等強度匹配，甚至有的高于管體，適用于深、超深井；3.2 密封性能好，適用于高壓氣井、油井和熱采井；3.3 抗彎能力強，適用于斜井、大位移井、水平井；3.4 上扣容易且可快速上扣，不易錯扣，適用于沙漠、海洋上等惡劣環(huán)境下的鉆井作業(yè)；3.5 抗粘扣性能好，可以反復(fù)上卸扣而不損傷螺紋。3.6 抗過扭矩能力強。3.7 耐腐蝕性能好。4 特殊扣油井管的應(yīng)用情況：

15、據(jù)日本住友金屬公司對特定期間的統(tǒng)計，在43.8萬噸的特殊扣供貨量中，各類特殊扣專用管所占比重為：VAMBDSNSCCNK3SBFOXHydril其它56.1%7.1%3.4%5.7%1.8%7.2%18.6%目前，在國外石油專用管的產(chǎn)量中，超過三分之一的產(chǎn)品是特殊扣油井管2，在我國進口的油井管中，特殊扣產(chǎn)品占二分之一以上，而且比例會越來越高。美、日、法、德等發(fā)達國家的制造廠甚至還在研制開發(fā)新的特殊螺紋接頭。特別是美國的Hydril公司、Hunting公司和法國與德國VM合資公司以及國際石油專用管制造的最大企業(yè)集團Tenaris公司目前基本主導(dǎo)著世界上特殊扣油井管研制開發(fā)的方向，占據(jù)著技術(shù)的制高

16、點。 國外油公司在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)塊的鉆采作業(yè)和海洋石油開采過程中、也包括在鉆井新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用中，都大量設(shè)計和使用特殊扣油井管，以提高工程的安全性、可靠性和油井的開采壽命。特別是在超深井、高壓油氣井、斜井、水平井、熱采井等開采難度較大的井況中，大都采用各種類型的特殊扣油井管。鉆井新技術(shù)的發(fā)展也大大促進了各油田對特殊扣油井管的使用。我國各油田大多都使用過特殊扣油井管，特別是在大位移井、超深井、高壓油氣井、稠油熱采井和腐蝕比較嚴重的油氣井等的鉆采作業(yè)中，前些年各油田分別使用過日本的NSCC、NK3SB、TM等，法國的VAM,德國的BDS,阿根廷的SEC特殊扣油井管，5 結(jié)束語國內(nèi)特殊扣油井管的

17、設(shè)計和生產(chǎn)早在10多年前就已經(jīng)開始，但是，當時大多是模仿國外的產(chǎn)品。近幾年來，隨著我國西部多個油氣田的開發(fā)和西氣東輸項目戰(zhàn)略計劃的實施，西部石油天然氣的鉆采工程量日益增大，而井況條件卻越來越差，對油井管的要求則越來越高。為了填補國內(nèi)空白，替代國外產(chǎn)品，我國生產(chǎn)油井管的大型骨干企業(yè)也都逐步加大了設(shè)計和生產(chǎn)較為先進的特殊扣油井管的力度。如寶鋼開發(fā)了BDS和TDS等特殊扣，天鋼則與長慶油田聯(lián)合開發(fā)了TPCQ特殊扣，無錫西姆萊斯也開發(fā)出了WSP1和WSP2 特殊扣，滄州管材也開發(fā)了名為SBS的特殊扣，其他一些管加工廠也在努力研制開發(fā)不同類型的特殊扣產(chǎn)品，以求在未來油井管的市場上能占有一席之地。但是，特殊扣油井管是一種技術(shù)含量很高、加工難度很大、質(zhì)量要求很嚴、理論和實踐性都很強的產(chǎn)品，需要每一支管子的加工都更要精雕細刻，要一絲不茍。而且，特殊扣的設(shè)計要有一定基礎(chǔ)，積累和摸索一定的經(jīng)驗，有自己的”NOWHOW”,還要經(jīng)過大量的計算，經(jīng)過有限元分析，并經(jīng)過各類條件非常苛刻的實物評價試驗驗證才能在油田使用。同時，在下井試驗取得成功后，才有希望擴大使用。因為西部油氣田鉆采成本的日益提高，使得油田在使用油井管