改進(jìn)型內(nèi)涂層油管縮徑質(zhì)量問題分析

劉曉林 慕學(xué)東 李營波 相 振 趙海濱

中國石化勝利油田分公司 東辛采油廠 （山東 東營 257000）

隨著油田開發(fā)的不斷深入，側(cè)鉆井、斜井的增加和油井產(chǎn)出液含水率的上升，油管的腐蝕偏磨現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。作為一種解決辦法，各種內(nèi)涂層油管逐步研制并得到應(yīng)用，例如碳鋯復(fù)合樹脂內(nèi)涂層油管、CARP內(nèi)涂層油管、樹脂合金復(fù)合內(nèi)涂層油管、鈦納米內(nèi)涂層油管等。這些內(nèi)涂層油管的廣泛應(yīng)用，有效延長了油管的使用壽命，減少了油管材料的投入，延長了油井的生產(chǎn)周期，減少了作業(yè)費用。

但是，內(nèi)涂層油管在使用中也出現(xiàn)了公扣端內(nèi)壁涂層被刮掉，磨漏油管的情況。為解決這一問題，生產(chǎn)企業(yè)對內(nèi)涂層油管做了改進(jìn)，在油管接箍內(nèi)嵌入一個寬17.5mm、內(nèi)徑Φ62的鋼環(huán)，與油管工廠端公扣緊密接觸，最后與油管內(nèi)壁一起噴涂涂層 （圖1）。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9253.2-1999《石油天然氣工業(yè)套管、油管和管線管螺紋的加工、測量和檢驗》中的規(guī)定，d62 J55平式油管以標(biāo)準(zhǔn)扭矩機(jī)緊后，管端到接箍中心的距離為12.7mm，因此，2根d62 J55平式油管機(jī)緊連接后，2管端之間的距離應(yīng)為25.4mm（圖1）。如果加裝一個寬度為17.5mm的鋼環(huán)，以標(biāo)準(zhǔn)扭矩機(jī)緊后，管端至鋼環(huán)端面的距離應(yīng)為8.9mm。由此可見，這種加裝鋼環(huán)的改進(jìn)方式，在理論上是可行的。

1 縮徑質(zhì)量問題

改進(jìn)后的內(nèi)涂層油管自2011年11月開始實驗，2012年上半年批量下井使用，2012年7月，該種油管分別在某礦17X17井和3X12井作業(yè)施工過程中出現(xiàn)油管公扣端縮徑，造成工序返工的問題，具體情況如下:

（1）某礦 17X17井于 2012年 7月 4日檢泵施工，完井下入d62碳鋯改進(jìn)型內(nèi)涂層油管88根。在下完井抽油桿第60根時遇阻，提出后發(fā)現(xiàn)第45根d62碳鋯改進(jìn)型內(nèi)涂層油管現(xiàn)場端公扣縮徑 （下面油管未提），甩掉第45根縮徑管后，將其余油管再次下入[1]。下完井抽油桿第53根時再次遇阻。提出完井管發(fā)現(xiàn)d62碳鋯改進(jìn)型內(nèi)涂層油管有40根現(xiàn)場端公扣縮徑（圖2中a）。

（2）某礦 3X12井于 2012年 6月 26日新投施工，完井下入d62 CARP改進(jìn)型內(nèi)涂層油管177根，正常生產(chǎn)5天后倒井。檢泵返修提出后發(fā)現(xiàn)，懸掛器以下第69根CARP改進(jìn)型內(nèi)涂層油管現(xiàn)場端公扣縮徑（圖2中b）。

根據(jù)發(fā)生的質(zhì)量問題,對施工現(xiàn)場進(jìn)行了調(diào)查。首先對縮徑油管進(jìn)行外觀檢查，縮徑油管端面全部向內(nèi)縮進(jìn)，外側(cè)有明顯金屬刮擦痕跡，螺紋前端30～40mm呈圓弧狀，縮徑油管管端最小內(nèi)徑為Φ55。然后對縮徑油管所對應(yīng)的接箍進(jìn)行檢查，這種改進(jìn)型油管接箍內(nèi)的鋼環(huán)均被嚴(yán)重磨損，涂層被磨掉，露出白亮金屬。為分析清楚造成該種油管縮頸的原因，分別在施工現(xiàn)場和實驗室進(jìn)行了試驗。

2 試驗分析

2.1 現(xiàn)場試驗

現(xiàn)場檢查的情況說明，油管縮徑的直接原因是油管管端碰到了接箍內(nèi)的鋼環(huán)?？紤]到該種油管機(jī)緊時，理論上管端應(yīng)碰不到嵌在接箍內(nèi)的鋼環(huán)，因此決定使用現(xiàn)場施工用的液壓鉗，任取4根同批次的該種改進(jìn)型內(nèi)涂層油管進(jìn)行上扣試驗。按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，d62 J55平式油管上扣的最小扭矩為1070N·m，最大扭矩為1780N·m，最佳扭矩為1420N·m。為確定在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大扭矩下上扣，管端是否能碰到鋼環(huán)，將現(xiàn)場使用的液壓鉗的扭矩設(shè)定為最大扭矩圓整后的1800N·m。第1次任取2根，用此液壓鉗上扣；第2次取其余2根，用此液壓鉗上扣，再卸開，連續(xù)上扣3次，截取聯(lián)接部位并用線切割將這2個試件縱向剖開，2個試件的管端均未碰到鋼環(huán) （圖3）。測量管端到鋼環(huán)的距離，上扣1次的距離為5.2mm，上扣3次的距離為4.6mm。

使用標(biāo)準(zhǔn)扭矩，即使調(diào)整扭矩到最大值，即使上卸3次，管端也碰不到鋼環(huán)。由現(xiàn)場試驗情況可以初步確定，此次改進(jìn)型內(nèi)涂層油管縮徑質(zhì)量問題與作業(yè)施工過程中液壓鉗扭矩設(shè)定值過大有關(guān)[2]。

2.2 實驗室扭矩試驗

為進(jìn)一步分析改進(jìn)型內(nèi)涂層油管的縮徑質(zhì)量問題，確定造成如此嚴(yán)重縮徑的扭矩值，確定大扭矩對普通J55油管螺紋的影響，確定上卸扣次數(shù)對改進(jìn)型內(nèi)涂層油管的影響，使用YNJ-12016型試驗用液壓鉗和油管螺紋單項測量儀[3]，對改進(jìn)型內(nèi)涂層油管和普通J55油管進(jìn)行了扭矩對比試驗。試驗共分5組進(jìn)行:

（1）第1組試驗:以約2500N·m初始扭矩對改進(jìn)型內(nèi)涂層油管進(jìn)行上卸扣試驗，并按照500N·m的扭矩遞增，連續(xù)試驗3次，結(jié)果如表1所示。

以2508N·m的扭矩上扣，油管端部并沒有碰到接箍內(nèi)的鋼環(huán)，隨著扭矩的不斷增大，油管端部最終碰到鋼環(huán)，致使內(nèi)徑變小。經(jīng)過3次上卸扣試驗，外螺紋并未見明顯變形和發(fā)生粘扣。

（2）第2組試驗:以約2500N·m初始扭矩對改進(jìn)型內(nèi)涂層油管進(jìn)行上卸扣試驗，并按照1000N·m的扭矩遞增，連續(xù)試驗4次，結(jié)果如表2所示。

選取的這根改進(jìn)型內(nèi)涂層油管，鋼環(huán)沒有與油管接箍內(nèi)的公扣端緊密結(jié)合，以2538N·m的扭矩上扣，油管端部碰到鋼環(huán)，鋼環(huán)內(nèi)側(cè)的涂層翹起并脫落。隨后以3604N·m、4670N·m的扭矩上扣，鋼環(huán)被推著向內(nèi)移動，此時外螺紋內(nèi)徑有變小的趨勢，縮徑表現(xiàn)得并不嚴(yán)重。繼續(xù)增加扭矩，以約5254N·m進(jìn)行試驗時，外螺紋內(nèi)徑較4670N·m扭矩試驗時有較大的變化，外螺紋端口內(nèi)徑出現(xiàn)明顯縮徑，此時內(nèi)徑Φ53.66，外螺紋前端30～40mm呈圓弧狀，與施工現(xiàn)場的縮徑情況類似。

表1 第1組試驗數(shù)據(jù)

（3）第3組試驗:以約3000N·m的扭矩對改進(jìn)型內(nèi)涂層油管進(jìn)行1次上卸扣試驗，結(jié)果如表3所示。

表2 第2組試驗數(shù)據(jù)

表3 第3組試驗數(shù)據(jù)

以3000N·m扭矩上扣，改進(jìn)型內(nèi)涂層油管的端部能夠碰到鋼環(huán)，油管端部輕微磨損，鋼環(huán)外側(cè)涂層被磨掉，露出白亮金屬，外螺紋端口內(nèi)徑變化不明顯，螺紋未出現(xiàn)明顯變形和磨損。

（4）第4組試驗:以約3000N·m的扭矩對普通J55油管進(jìn)行1次上卸扣試驗，測量外螺紋端口內(nèi)徑，如表4所示。

表4 第4組試驗數(shù)據(jù)

以3046N·m扭矩對普通J55油管進(jìn)行一次上卸扣試驗，油管外螺紋端口內(nèi)徑減小1.66mm。同時，測量螺紋單項參數(shù)，發(fā)現(xiàn)螺紋參數(shù)也發(fā)生了變化，內(nèi)外螺紋的螺距增大，齒高減小，內(nèi)螺紋錐度變大。

（5）第5組試驗:以約1800N·m扭矩進(jìn)行上卸扣試驗，連續(xù)進(jìn)行試驗10次，結(jié)果如表5所示。

以約1800N·m的扭矩對外螺紋連續(xù)進(jìn)行上卸扣試驗，外螺紋端口內(nèi)徑有逐漸變小的趨勢。第8次試驗中，改進(jìn)型內(nèi)涂層油管的端部碰到了鋼環(huán)，鋼環(huán)外側(cè)涂層脫落，金屬層被磨損，露出白亮金屬。第10次試驗測得的外螺紋錐度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍。

5組試驗的結(jié)果表明，施工現(xiàn)場液壓鉗設(shè)定的扭矩值應(yīng)超過了4500N·m；大扭矩對油管上扣，油管連接部位會發(fā)生塑性變形，外螺紋端口內(nèi)徑和螺紋單項參數(shù)的變化雖然肉眼難以觀察出來，但是已經(jīng)超出標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍；多次上扣后油管端部會碰到鋼環(huán)。

表5 第5組試驗數(shù)據(jù)

3 結(jié) 論

（1）改進(jìn)型內(nèi)涂層油管的縮徑質(zhì)量問題是由于作業(yè)施工過程中液壓鉗扭矩嚴(yán)重超出標(biāo)準(zhǔn)值造成的。液壓鉗扭矩過大，不僅會造成改進(jìn)型內(nèi)涂層油管縮徑，也會造成普通油管絲扣損傷，影響其密封性能。因此必須使用標(biāo)準(zhǔn)扭矩施工。

（2）生產(chǎn)企業(yè)在加工改進(jìn)型內(nèi)涂層油管時，質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)，存在鋼環(huán)與油管接箍內(nèi)的公扣端結(jié)合不緊密的現(xiàn)象，影響產(chǎn)品正常使用。因此，生產(chǎn)企業(yè)必須嚴(yán)把工序質(zhì)量，杜絕不合格產(chǎn)品出廠。

（3）油管每次上卸扣都會對螺紋造成損傷，建議油管多次使用后應(yīng)重新加工螺紋，特別是對改進(jìn)型內(nèi)涂層油管，應(yīng)該加強(qiáng)管理，避免多次使用后發(fā)生質(zhì)量問題。

[1]魏斌.碳鋯復(fù)合樹脂內(nèi)涂層油管技術(shù)研究[J].石油機(jī)械,2009,37(2):8-9.

[2]何磊.油管內(nèi)涂抗磨新材料及涂覆工藝的研究與應(yīng)用[D].東營:中國石油大學(xué)（華東）,2007.

[3]GB/T 9253.2-1999石油天然氣工業(yè)套管、油管和管線管螺紋的加工、測量和檢驗[S].