修復(fù)油管脫扣原因分析及預(yù)防措施

龍 巖，李 巖，李小瑞，黃臘梅，鄺獻(xiàn)任，袁軍濤，李孝軍

(1.中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院 陜西 西安 710077；2. 塔里木油田 新疆 庫爾勒 841000)

·失效分析與預(yù)防·

修復(fù)油管脫扣原因分析及預(yù)防措施

龍 巖1，李 巖2，李小瑞2，黃臘梅2，鄺獻(xiàn)任1，袁軍濤1，李孝軍1

(1.中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院 陜西 西安 710077；2. 塔里木油田 新疆 庫爾勒 841000)

針對兩起Φ73.02 mm×5.51 mm NU修復(fù)油管脫扣事故案例，對修復(fù)油管脫扣原因進(jìn)行系統(tǒng)分析。分析表明，無鋼級(jí)分選、螺紋加工精度低與上扣質(zhì)量差是導(dǎo)致修復(fù)油管脫扣的主要原因。同時(shí),從廠家修復(fù)及現(xiàn)場操作方面提出了相關(guān)的預(yù)防措施，以避免再次發(fā)生此類油管脫扣事故，保障油田生產(chǎn)安全。

修復(fù)油管；螺紋加工；脫扣

0 引 言

油管作為井下輸送介質(zhì)的通道，由于其在服役過程中受介質(zhì)環(huán)境、自重、內(nèi)壓、溫度、彎曲載荷、抽油系統(tǒng)交變載荷等因素的影響，管體及接頭可能存在不同程度的損傷，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對服役油管進(jìn)行檢測修復(fù)，提高舊油管的使用壽命[1,2]。油管修復(fù)是保障油田生產(chǎn)安全的重要手段，也是實(shí)現(xiàn)降本增效目標(biāo)的有效措施。

螺紋接頭修復(fù)是油管修復(fù)工藝中的重要環(huán)節(jié)，API螺紋由于加工成本低、互換性好，在修復(fù)油管中被廣泛使用。近年來，API螺紋接頭修復(fù)油管脫扣事故時(shí)有發(fā)生，油管脫扣后，需對事故井停產(chǎn)，進(jìn)行油管打撈、檢測、修復(fù)及更換管柱作業(yè)，影響油田正常生產(chǎn)經(jīng)營，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。本文結(jié)合兩起Φ73.02 mm×5.51 mm NU修復(fù)油管API螺紋接頭脫扣事故案例，對修復(fù)油管脫扣原因進(jìn)行綜合分析，并提出相關(guān)預(yù)防措施，以避免類似脫扣事故再次發(fā)生。

1 修復(fù)油管脫扣失效案例

1.1 案例一

2014年4月，某井在進(jìn)行檢抽作業(yè)時(shí)，Φ73.02 mm×5.51 mm N80 NU修復(fù)油管接頭現(xiàn)場端脫扣。脫扣螺紋存在明顯粘扣現(xiàn)象，如圖1(a)所示；對該油管現(xiàn)場端螺紋上扣痕跡觀察后發(fā)現(xiàn)，外螺紋有2扣完整扣與1扣未完整扣裸露在接箍外，如圖1(b)所示。該油管脫扣原因?yàn)楝F(xiàn)場高速上扣導(dǎo)致粘扣，上扣扭矩不足導(dǎo)致上扣不到位。

1.2 案例二

除現(xiàn)場上扣端脫扣事故，近年來修復(fù)油管工廠端脫扣事故也時(shí)有發(fā)生。2015年9月，某井進(jìn)行壓井作業(yè)時(shí)，Φ73.02 mm×5.51 mm N80 NU修復(fù)油管接頭工廠端脫扣，該油管自修復(fù)后下井至失效歷時(shí)僅9天，油管修復(fù)質(zhì)量存在嚴(yán)重問題。圖2(a)為脫扣油管上扣位置圖，可見脫扣工廠端上扣至16～17扣，相鄰現(xiàn)場端上扣至16扣，兩端均未見外露扣；工廠端外螺紋小端有明顯粘扣痕跡，如圖2(b)所示。該油管脫扣主要原因?yàn)樾迯?fù)廠家上扣時(shí)螺紋粘扣。

圖2 脫扣油管接頭宏觀形貌

2 脫扣原因綜合分析

從以上失效案例可以看出，廠家修復(fù)質(zhì)量和現(xiàn)場操作是影響修復(fù)油管使用性能的重要因素。修復(fù)油管由于長期流轉(zhuǎn)修復(fù)、使用，其脫扣原因通常與材質(zhì)、螺紋加工和上扣質(zhì)量有關(guān)。

2.1 無材質(zhì)分選環(huán)節(jié)

舊油管在初選分類時(shí)，修復(fù)廠家應(yīng)確定油管原始鋼級(jí)，并按鋼級(jí)進(jìn)行標(biāo)識(shí)、分類碼放，但在實(shí)際修復(fù)過程中，誤標(biāo)鋼級(jí)甚至錯(cuò)用新接箍現(xiàn)象普遍存在。根據(jù)修復(fù)廠家提供數(shù)據(jù)，上述兩起失效案例中脫扣油管及接箍均為N80鋼級(jí)，并按照N80推薦扭矩上扣。表1為案例一脫扣油管及接箍拉伸試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)果表明脫扣油管及接箍拉伸性能不滿足API Spec 5CT對N80鋼級(jí)要求，而滿足P110鋼級(jí)要求，說明修復(fù)廠家對油管及接箍鋼級(jí)誤標(biāo)。案例一中油管上扣不到位是導(dǎo)致油管脫扣的重要原因，P110鋼級(jí)油管的推薦上扣扭矩高于N80鋼級(jí)，由于廠家對鋼級(jí)誤標(biāo)，作業(yè)隊(duì)在現(xiàn)場上扣時(shí)采用廠家推薦的N80鋼級(jí)上扣扭矩進(jìn)行上扣，是導(dǎo)致上扣不到位的根本原因。

表2為案例二脫扣油管及接箍拉伸試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)果表明脫扣接箍拉伸性能不滿足API Spec 5CT對N80鋼級(jí)要求，而滿足P110鋼級(jí)要求，說明修復(fù)廠家對接箍鋼級(jí)誤標(biāo)。由于API Spec 5CT允許低鋼級(jí)油管連接高鋼級(jí)接箍，工廠上扣時(shí)采用油管鋼級(jí)推薦扭矩上扣仍然能滿足上扣要求，因此案例二脫扣油管未存在上扣不到位現(xiàn)象；但若廠家錯(cuò)用低鋼級(jí)接箍連接高鋼級(jí)油管，采用油管鋼級(jí)推薦扭矩上扣，接箍可能發(fā)生粘扣影響螺紋連接強(qiáng)度。

表1 案例一脫扣油管及接箍拉伸試驗(yàn)結(jié)果

表2 案例二脫扣油管及接箍拉伸試驗(yàn)結(jié)果

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，部分修復(fù)廠家為節(jié)約成本，無鋼級(jí)分選環(huán)節(jié)，對于不可確定鋼級(jí)但明確同批油管中最低鋼級(jí)的舊油管，廠家一律降級(jí)至最低鋼級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修復(fù)，更換的接箍鋼級(jí)同油管所降鋼級(jí)一致。修復(fù)油管因原始鋼級(jí)未知而降級(jí)修復(fù)會(huì)存在兩種情況，即：油管原始鋼級(jí)與降級(jí)修復(fù)鋼級(jí)一致；油管原始鋼級(jí)高于降級(jí)修復(fù)鋼級(jí)。若為第一種情況，按照油管修復(fù)鋼級(jí)的推薦扭矩上扣，可保證油管的連接強(qiáng)度；若為第二種情況，由于高鋼級(jí)油管上扣扭矩高于低鋼級(jí)，按照油管修復(fù)鋼級(jí)推薦扭矩上扣，會(huì)造成油管上扣不到位，降低連接強(qiáng)度，極大增加油管脫扣風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 螺紋加工精度低

螺紋加工參數(shù)存在偏差、表面質(zhì)量差會(huì)對內(nèi)外螺紋匹配度及密封性產(chǎn)生不利影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)在螺紋連接局部產(chǎn)生較高接觸壓力，導(dǎo)致螺紋粘扣甚至脫扣[3,4]。對失效案例二中同廠家修復(fù)油管進(jìn)行螺紋檢測及上卸扣試驗(yàn)，結(jié)果表明部分油管修復(fù)外螺紋接頭緊密距不符合API Spec 5B要求，上卸扣試驗(yàn)中存在粘扣現(xiàn)象，說明該廠家螺紋修復(fù)質(zhì)量較差，其脫扣原因也與外螺紋緊密距和抗粘扣性能不合格有一定關(guān)系。經(jīng)調(diào)研得知，部分修復(fù)廠家沒有按照質(zhì)量工藝要求配置設(shè)備，螺紋加工設(shè)備老舊、自動(dòng)化程度低、人員技術(shù)水平較低、檢測量規(guī)精度差，螺紋加工精度較低。

2.3 上扣質(zhì)量差

大多數(shù)油管脫扣事故與螺紋粘扣有關(guān)，除螺紋加工精度外，油管上扣時(shí)對扣、引扣不到位也是導(dǎo)致螺紋粘扣的重要因素[5]。圖3為案例二脫扣工廠端外螺紋金相照片，由金相分析可知，脫扣外螺紋起始扣開始第1扣、第2扣牙頂均偏向承載面，其中起始扣變形嚴(yán)重，牙側(cè)完全嵌入牙底；第3～7扣、14～16扣牙頂變形流線組織均偏向?qū)蛎妗ＵＩ峡矍闆r下，若油管接頭拉脫失效，外螺紋牙型應(yīng)整體偏向?qū)蛎?，與上扣方向相同，而該油管外螺紋小端反向變形，并不是由脫扣引起的，應(yīng)為上扣操作不當(dāng)造成。外螺紋損傷位置在小端，說明工廠端上扣時(shí)未按正確規(guī)范進(jìn)行引扣操作。工廠端引扣不到位，螺紋未正常嚙合，外螺紋小端造成嚴(yán)重?fù)p傷粘扣，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)外螺紋嚙合的匹配性變差，承載能力隨之降低。

圖3 脫扣油管外螺紋金相照片

此外，上扣速度過快會(huì)對螺紋嚙合面產(chǎn)生沖擊載荷，容易損傷螺紋，導(dǎo)致粘扣錯(cuò)扣。API RP 5C1對油管上卸扣速度有嚴(yán)格規(guī)定，以防止快速上扣對螺紋造成損傷。上扣扭矩曲線是追溯油管上扣質(zhì)量的重要數(shù)據(jù)，調(diào)研發(fā)現(xiàn)，個(gè)別修復(fù)廠家未能提供詳實(shí)上扣扭矩曲線，上扣時(shí)存在高速上扣現(xiàn)象。修復(fù)油管在現(xiàn)場使用過程中也存在較嚴(yán)重上扣質(zhì)量問題，作業(yè)隊(duì)存在上扣時(shí)不使用對扣、引扣鉗和扭矩儀等設(shè)備現(xiàn)象。目前絕大多數(shù)現(xiàn)場上扣端脫扣事故與現(xiàn)場上扣操作不當(dāng)有關(guān)，案例一中螺紋存在粘扣現(xiàn)象即為現(xiàn)場高速上扣所致。修復(fù)油管因使用條件限制，多服役于低壓井、注水井、注氣井等，作業(yè)隊(duì)往往對此類工況作業(yè)重視程度不足，易出現(xiàn)操作不規(guī)范現(xiàn)象。

3 預(yù)防措施

3.1 明確油管鋼級(jí)

油管修復(fù)涉及多項(xiàng)工藝，如初選、校直、清洗、探傷、試壓、螺紋加工、換接箍、檢驗(yàn)及儲(chǔ)存運(yùn)輸?shù)萚6]。舊油管修復(fù)前鋼級(jí)標(biāo)識(shí)不清，是影響油管修復(fù)質(zhì)量的突出問題。現(xiàn)有油管修復(fù)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)Q/SH 0180-2008《油管修復(fù)質(zhì)量要求》、Q/SH 1020 0380-2007《油管修復(fù)生產(chǎn)線設(shè)備技術(shù)條件》對舊油管修復(fù)工藝有明確要求，油管所換接箍鋼級(jí)材質(zhì)應(yīng)與管體相同，并按照推薦扭矩上扣，即對舊油管原始鋼級(jí)進(jìn)行判定。修復(fù)廠家應(yīng)嚴(yán)格管理修復(fù)流程，按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行修復(fù)；對于多次周轉(zhuǎn)使用油管，可通過表面硬度儀、渦流分析儀等設(shè)備進(jìn)行鋼級(jí)、材質(zhì)區(qū)分，無法確定鋼級(jí)、材質(zhì)的，應(yīng)放大判廢標(biāo)準(zhǔn)。回收區(qū)油管應(yīng)按鋼級(jí)、材質(zhì)、規(guī)格分選存放，完成每道工序后應(yīng)做好標(biāo)識(shí)、記錄。

3.2 提高螺紋加工精度

修復(fù)廠家應(yīng)對老舊螺紋加工車床進(jìn)行現(xiàn)代化升級(jí)，配置加工精度高的數(shù)控車床生產(chǎn)線，減小工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高加工精度和工作效率；對操作人員進(jìn)行生產(chǎn)培訓(xùn)，并定期進(jìn)行技術(shù)考核；對螺紋檢測量規(guī)按期校正檢驗(yàn)，嚴(yán)格杜絕僅憑經(jīng)驗(yàn)用肉眼判斷螺紋是否合格現(xiàn)象；引入第三方檢測機(jī)構(gòu)對產(chǎn)品精度進(jìn)行檢測，并向用戶提供質(zhì)量檢測報(bào)告。加工螺紋經(jīng)檢測符合API Spec 5B標(biāo)準(zhǔn)要求后，均勻涂抹螺紋脂并安裝護(hù)絲，以防止上扣或運(yùn)輸過程中碰傷螺紋。

3.3 保障油管上扣質(zhì)量

油管上扣時(shí)應(yīng)正確使用對扣、引扣鉗和扭矩儀等上扣設(shè)備，保障油管上扣時(shí)對中、不偏斜，并按照規(guī)定上扣速度進(jìn)行上扣。修復(fù)廠家應(yīng)詳細(xì)記錄每根油管上扣扭矩?cái)?shù)據(jù)，換接箍后對油管逐根進(jìn)行試壓檢驗(yàn)。

3.4 現(xiàn)場規(guī)范管理

修復(fù)油管脫扣往往是修復(fù)質(zhì)量與現(xiàn)場操作綜合作用的結(jié)果。油管在現(xiàn)場使用時(shí)，隨意擺放吊裝造成螺紋磕碰、上扣操作不規(guī)范、上提油管柱作業(yè)時(shí)遇阻強(qiáng)行提拉管柱均有可能導(dǎo)致油管脫扣事故。作業(yè)隊(duì)?wèi)?yīng)加強(qiáng)責(zé)任心，重視修復(fù)油管下井作業(yè)；現(xiàn)場運(yùn)輸、搬運(yùn)修復(fù)油管時(shí)注意保護(hù)螺紋，并嚴(yán)格按規(guī)章進(jìn)行上扣操作。

4 結(jié)論及建議

1)無鋼級(jí)分選環(huán)節(jié)、螺紋加工精度低及上扣質(zhì)量差是導(dǎo)致修復(fù)油管接頭脫扣的主要原因。

2)修復(fù)廠家應(yīng)從管理、設(shè)備、工藝方面嚴(yán)格把關(guān)，對舊油管鋼級(jí)進(jìn)行嚴(yán)格分級(jí)分類，同時(shí)提高螺紋加工精度。

3)修復(fù)油管上扣時(shí)，應(yīng)使用對扣、引扣鉗和扭矩儀等設(shè)備，并按照規(guī)定扭矩及上扣速度上扣。

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Analysis of Repaired Tubing Tripping Causes and Preventive Measures

LONG Yan1, LI Yan2, LI Xiaorui2, HUANG Lamei2, KUANG Xianren1, YUAN Juntao1, LI Xiaojun1

(1.CNPCTubularGoodsResearchInstitute,Xi′an,Shaanxi710077,China； 2.TarimOilField,Korla,Xinjiang841000,China)

The tubing pullout reason was systematically analyzed based on two cases of tubing thread pullout repairing of Φ73.02 mm×5.51 mm NU. The results showed that no steel grade classification, low thread processing accuracy and poor make-up quality were the main causes of repaired tubing pullout. In order to prevent tubing from being pulled out and ensure the safety production of oil field, the related prevention measures were put forward from factory repairing and field operation.

repaired tubing; thread processing; pullout

龍 巖，男，1987年生，2014年畢業(yè)于南京理工大學(xué)材料學(xué)專業(yè)，現(xiàn)主要從事石油管失效分析工作。E-mail: longyan01@cnpc.com.cn

TE931.2

A

2096-0077(2016)06-0052-03

2016-04-20 編輯：葛明君)