國(guó)外特殊扣的主要類(lèi)型及其主要特點(diǎn)

1、國(guó)外油井管特殊扣的主要類(lèi)型及其特點(diǎn)張 居 勤滄州華北石油專(zhuān)用管材有限公司國(guó)外油井管特殊扣的主要類(lèi)型及其特點(diǎn)張居勤 （滄州華北石油專(zhuān)用管材有限公司）摘要介紹了國(guó)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(lèi)型及其結(jié)構(gòu)形式，并分析了各種特殊扣的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)及其使用情況，對(duì)國(guó)內(nèi)各油井管生產(chǎn)廠家開(kāi)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(lèi)型0 前言在石油工業(yè)的發(fā)展過(guò)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(jìn)步，石油專(zhuān)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(kāi)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(qiáng)度卻只相當(dāng)于管體部分的60%80%，而API偏梯形螺紋盡管螺紋部分連接強(qiáng)度較高，但密封性能不理想2。所以，世界各大石油專(zhuān)用管制造廠都致力于開(kāi)發(fā)連接強(qiáng)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(lèi)型目前，國(guó)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(kāi)發(fā)，其扣型和密封形式見(jiàn)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(jìn)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

3、磷化。密封形式：錐面對(duì)錐面金屬密封，90°臺(tái)肩端面密封兼為扭矩臺(tái)肩 。TM屬于比較簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)但實(shí)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(kāi)發(fā)其牙形見(jiàn)圖2 ，無(wú)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(kāi)發(fā)。見(jiàn)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°

4、;螺紋牙頂平行于管子軸線，易對(duì)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：接箍鍍鋅或鍍銅。密封形式：公扣球面對(duì)母扣錐面線接觸，90°密封臺(tái)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(wú)接箍連接套管：改進(jìn)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(duì)扣。齒高:同API油管: 每英寸牙數(shù)： 6牙螺紋參數(shù)： 承載面角

5、度：15°；導(dǎo)向面角度：15°螺紋牙頂平行于管子軸線，易對(duì)扣。螺紋錐度：1：16NK EL-CB:內(nèi)涂層油管,內(nèi)臺(tái)肩上有密封環(huán). 加厚,無(wú)接箍連接NK-SL: 加厚,無(wú)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(jìn)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

6、線，易對(duì)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線，易對(duì)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(kāi)發(fā)。見(jiàn)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(duì)錐面1:10，面接觸，90°雙內(nèi)扭矩臺(tái)肩。表面處理：接箍鍍鋅或鍍銅。1

7、.5 SEC特殊扣由阿根廷世特佳公司開(kāi)發(fā)。見(jiàn)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(duì)錐面，面密封，SEC特殊扣的接頭形式套管為-15°內(nèi)扭矩臺(tái)肩，油管為-20°內(nèi)扭矩臺(tái)肩。表面處理：內(nèi)、外螺紋磷化。1.6 VAM特殊扣由法國(guó)瓦魯瑞克公司開(kāi)發(fā)，其應(yīng)用最廣泛，使用量在各類(lèi)特殊扣中居首位。見(jiàn)圖6 螺紋類(lèi)型： API BC 密封形式：采用錐面對(duì)錐面的主密封形式和-15°反向臺(tái)肩的輔助密封形式。其特點(diǎn)是易于加工，簡(jiǎn)單實(shí)用，性能可靠。 圖6 VAM特殊扣的接頭形式注：（1） NEW VAM 由法國(guó)瓦魯瑞克公司開(kāi)發(fā)并形成系列，還有

8、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(gòu)買(mǎi)了此類(lèi)特殊扣技術(shù)的使用權(quán)。（2）VAM TOP由法國(guó)瓦魯瑞克公司與德國(guó)曼內(nèi)斯曼公司聯(lián)合開(kāi)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(guó)曼內(nèi)斯曼公司開(kāi)發(fā)，見(jiàn)圖7螺紋類(lèi)型： API BC。 密封形式：反角15°扭矩臺(tái)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(jì)并持有專(zhuān)利的一種專(zhuān)用于氣井的特殊氣密性螺紋。它在API的標(biāo)準(zhǔn)上做出了一定改進(jìn)，具有氣密性強(qiáng)，承壓能力高的特點(diǎn)，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

9、特殊扣由日本川崎公司開(kāi)發(fā)，見(jiàn)圖8圖8 FOX特殊扣的接頭形式螺紋類(lèi)型及參數(shù)： API BC。 密封形式：球面對(duì)端面反向角扭矩臺(tái)肩，螺紋前端螺距取正偏差，中部為0，后端為負(fù)，螺紋旋合后愈擰愈緊。1.9 TWO STEP系列特殊扣 美國(guó)Hydril公司和Hunting公司及阿根廷的Siderca公司均分別研制開(kāi)發(fā)了雙臺(tái)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(tái)肩有的采用直角形式，有的采用反向角形式。見(jiàn)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(lèi)型的特殊扣，比較典型且形成系列的有美國(guó)Hunt

10、ing公司的HD Seallock、法國(guó)與德國(guó)合資的VM公司的NEWVAM、阿根廷Atlas Bradford的ST及美國(guó)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(lèi)似的有VAM的ACE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(lèi)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(lèi)型特殊扣采用的楔形螺紋，其抗彎曲、抗滑脫能力強(qiáng)，多用于水平

11、井等油氣井中，亦可用于生產(chǎn)膨脹管。 目前，世界各國(guó)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的油井管特殊扣主要系列有以下四大類(lèi)： VM: VAM, NEWVAM, VAMTM, VAMACE, VAMFJL, VAMPRO, VAMHWST,VAMSLIJ-II, VAMTOP, VAMTOP HC，VAMTOP HT, VAMTOP FE VAMMUSYT, 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, TS

12、HD, 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(atlasbladford),NK3SB,NK2SC,NKL, NKSL(nkk),FOX(kawaaskiandhunting).2 特殊扣油井管的特點(diǎn) 各國(guó)、各公司特殊扣油井管的設(shè)計(jì)盡管種類(lèi)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(qiáng)度和密封性能。2、1 一般來(lái)講，

13、多數(shù)的特殊扣油井管的接頭都是分為三個(gè)部分：連接螺紋部分、抗扭矩臺(tái)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(guò)，隨著鉆井工藝技術(shù)和管加工技術(shù)的不斷發(fā)展，此類(lèi)螺紋牙形變化的特殊扣有著逐步擴(kuò)大的趨勢(shì)和較好的發(fā)展前景。2.3 抗扭矩臺(tái)肩大多設(shè)計(jì)為反向的，以利于在套管旋合后使臺(tái)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(shí)臺(tái)肩也起輔助密封作用和抗過(guò)扭矩作用。2.4 特殊扣的主密封形式

14、不外乎以下幾種：A 球面對(duì)錐面密封；B 球面對(duì)圓柱面密封； C 錐面對(duì)錐面密封； D 圓柱面對(duì)圓柱面密封等； E 臺(tái)肩對(duì)臺(tái)肩密封。3 特殊扣油井管的優(yōu)點(diǎn)：特殊扣油井管在其使用的初期，大多是針對(duì)不同的油田、不同的區(qū)塊、不同的井況而設(shè)計(jì)的，具有濃厚的“個(gè)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(guó)外各種各樣的特殊扣經(jīng)過(guò)油田的比較、篩選和實(shí)踐考驗(yàn)，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(diǎn)為：3.1 接頭連接強(qiáng)度高，可以與管體等強(qiáng)度匹配，甚至有的高于管體，適用于深、超

15、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(qiáng)，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(cuò)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(guò)扭矩能力強(qiáng)。3.7 耐腐蝕性能好。4 特殊扣油井管的應(yīng)用情況：據(jù)日本住友金屬公司對(duì)特定期間的統(tǒng)計(jì)，在43.8萬(wàn)噸的特殊扣供貨量中，各類(lèi)特殊扣專(zhuān)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(guó)外石油專(zhuān)用管的產(chǎn)量中，超過(guò)三分之一的產(chǎn)品是特殊扣油井管2，在我國(guó)進(jìn)口的

16、油井管中，特殊扣產(chǎn)品占二分之一以上，而且比例會(huì)越來(lái)越高。美、日、法、德等發(fā)達(dá)國(guó)家的制造廠甚至還在研制開(kāi)發(fā)新的特殊螺紋接頭。特別是美國(guó)的Hydril公司、Hunting公司和法國(guó)與德國(guó)VM合資公司以及國(guó)際石油專(zhuān)用管制造的最大企業(yè)集團(tuán)Tenaris公司目前基本主導(dǎo)著世界上特殊扣油井管研制開(kāi)發(fā)的方向，占據(jù)著技術(shù)的制高點(diǎn)。 國(guó)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(kāi)采過(guò)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(jì)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(kāi)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(kāi)采難度較大的井況中，大都采用各種類(lèi)型的特殊扣油井管。鉆井新技

17、術(shù)的發(fā)展也大大促進(jìn)了各油田對(duì)特殊扣油井管的使用。我國(guó)各油田大多都使用過(guò)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(yán)重的油氣井等的鉆采作業(yè)中，前些年各油田分別使用過(guò)日本的NSCC、NK3SB、TM等，法國(guó)的VAM,德國(guó)的BDS,阿根廷的SEC特殊扣油井管，5 結(jié)束語(yǔ)國(guó)內(nèi)特殊扣油井管的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)早在10多年前就已經(jīng)開(kāi)始，但是，當(dāng)時(shí)大多是模仿國(guó)外的產(chǎn)品。近幾年來(lái)，隨著我國(guó)西部多個(gè)油氣田的開(kāi)發(fā)和西氣東輸項(xiàng)目戰(zhàn)略計(jì)劃的實(shí)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(lái)越差，對(duì)油井管的要求則越來(lái)越高。為了填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，替代國(guó)外產(chǎn)品，我國(guó)生產(chǎn)油井管的大型骨干企業(yè)也都逐步

18、加大了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)較為先進(jìn)的特殊扣油井管的力度。如寶鋼開(kāi)發(fā)了BDS和TDS等特殊扣，天鋼則與長(zhǎng)慶油田聯(lián)合開(kāi)發(fā)了TPCQ特殊扣，無(wú)錫西姆萊斯也開(kāi)發(fā)出了WSP1和WSP2 特殊扣，滄州管材也開(kāi)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(kāi)發(fā)不同類(lèi)型的特殊扣產(chǎn)品，以求在未來(lái)油井管的市場(chǎng)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?chē)?yán)、理論和實(shí)踐性都很強(qiáng)的產(chǎn)品，需要每一支管子的加工都更要精雕細(xì)刻，要一絲不茍。而且，特殊扣的設(shè)計(jì)要有一定基礎(chǔ)，積累和摸索一定的經(jīng)驗(yàn)，有自己的”NOWHOW”,還要經(jīng)過(guò)大量的計(jì)算，經(jīng)過(guò)有限元分析，并經(jīng)過(guò)各類(lèi)條件非?？量痰膶?shí)物評(píng)價(jià)試驗(yàn)驗(yàn)證才能在油田使用。同時(shí)，在下井試驗(yàn)取得成功后，才有希望擴(kuò)大使用。因?yàn)槲鞑坑蜌馓镢@采成本的日益提高，使得油田