A P I螺纹与特殊螺纹连接特点及国内外特殊螺纹介绍This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020API螺纹与特殊螺纹连接特点及国内外特殊螺纹介绍（宝鸡石油机械有限责任公司广汉钻采设备厂四川广汉 618300）摘要： API螺纹在油套管市场上扮演举足轻重的作用。
但随着各种特殊螺纹在油气田高温、高压井不断涌现，证明其已经很好地弥补API螺纹的设计缺陷。
因国内几乎没有对特殊螺纹产生相应的标准及对比其特点，笔者现将API螺纹与特殊螺纹进行比较：API螺纹具有加工容易、经济适应、可重复上扣等优点，但抗拉强度差、且不具备气密封特点。
特殊螺纹具有良好的气密封性能、较高的抗拉强度及可控制上扣扭矩等优点，但价格昂贵、且只允许一定的上扣次数。
最后，笔者提出了几点看法。
关键词： API螺纹；特殊螺纹；对比；国内外The API thread and special threaded connection characteristics and the domestic and foreign special thread introduced(Guanghan drilling equipment factory of Baoji Petroleum Machinery Co., Ltd.，Guanghan 618300)Abstract：API thread to play a pivotal role in the oil casing market. However, with a variety of special thread emerging in the oil and gas fields of high temperature, high pressure wells, prove that it has to make up the the API thread of design defects. Almost no domestic special thread standard and comparing its characteristics, I will now compare the API thread and special thread: API thread with easy processing, economic adaptation, can be repeated on the buckle advantages, but the tensile strength and does not have the characteristics of the gas seal. Special thread has good gas sealing performance, high tensile strength and can control up torque, but the price isexpensive, and only allows a certain number on the buckle. Finally, The authors put forward a few points.Keywords： API thread； special thread； contrast； at home and abroad一概述油套管是油气钻采过程中不可或缺的专用管材,其质量好坏直接影响到钻采作业的成败和油气井的寿命。
而螺纹接头同油套管柱一起在油气井中长期承受拉伸、压缩、弯曲、内压、外压及温度等产生的复合应力的考验,油套管中最薄弱的部分就是螺纹连接处,螺纹质量的好坏,直接影响油气井的寿命。
经调查,国外油套管失效事故约64%发生在螺纹连接处,国内则高达86%。
目前全球正大力开发深井、超深井、高气压井、稠油热采井、定向井、水平井、重腐蚀井等,井下的工况越来越复杂,传统的API螺纹接头由于自身的缺陷无法满足使用要求,而特殊螺纹接头则可以很好地弥补API螺纹接头的设计缺陷,因此越来越受到人们的关注。
现场应用证明,采用特殊螺纹接头代替API接头是解决石油套管过早失效的最有效措施之一,因此国内外都非常重视特殊螺纹接头的开发和使用。
据统计,国外已经注册了专利的特殊螺纹接头有100多种,在各油气田获得广泛应用的也有几十种,而且每年还有新的接头问世。
目前我国特殊螺纹接头油套管的产量很少,远不能满足市场需求,我国油气田用特殊螺纹接头主要依赖从国外进口。
而进口特殊螺纹接头价格高,现场检验困难。
因此,研究螺纹连接的特点具有重要的现实意义[1]。
二 API螺纹与非API螺纹连接特点螺纹及螺纹连接，是油、套管柱质量和强度的核心部分。
油、套管螺纹的基本连接类型：可分为五类：属API标准四种，分别为短圆螺纹、长圆螺纹、偏梯形螺纹、直连型螺纹，第五种是特殊螺纹。
API螺纹具有以下特点：1.加工容易，现场配短节方便，从而成本低；2.设计精度允许一般条件下操作，而不致对螺纹造成严重损坏，现场易修扣；3.在优质密封脂配合下满足69MPa，149摄氏度的流体密封；4.适应一定次数的重复上扣；5.管子与接箍连接都是通过锥形螺纹，在上紧过程中使得在一定的啮合点上，公母螺纹保持完全紧密的结合；但遇到更苛刻的条件，API螺纹不能满足油气井的需要，例如：1.遇超高压油气井时，尤其是高压气体；2.有腐蚀条件环境时，因为API接箍膨胀值（干扰值）大，产生过大周向应力是产生氢脆应力破坏的主要源点，或发生应力应变裂纹；因此，非API标准的螺纹，可满足七点要求：1.设计使螺纹连接强度与管体抗拉强度相等，甚至大于管体抗拉强度；2.提供优质密封，向金属对金属密封发展；3.降低轴向螺纹连接产生的接箍径向膨胀的干扰；4.很容易对扣上扣，并使内孔面光滑，避免产生涡流或较小产生涡流；5.具有扭矩台肩，满足扭矩强度的要求，又能控制不发生过大的周向应力；6.满足特殊井眼曲率的大斜度定向井、水平井、分支井对油、套管柱的连接强度和密封要求；7.提高螺纹的抗粘扣性能，满足油田现场完井作业要求。
三螺纹连接油、套管密封问题1.锥形螺纹靠螺纹金属面对金属面的压合，并以密封脂固体粒子填充间隙的密封。
例如：API螺纹。
2.有一定精度光洁面的金属对金属的封口式密封。
例如内外台肩面（平面或斜面）接触密封，属于金属对金属的切点密封。
3.弹性密封，例如锥度螺纹连接及采用聚四氟乙烯的密封环密封。
所有连接密封，必须达到使螺纹间或金属对金属间产生的承载压力大于套管的内压力或外压力。
第一种密封形式：典型的例子是API圆螺纹，上扣（预订圈数）后，在公母螺纹之间引起压配合，这种径向接触产生较大的接箍周向应力。
由经验决定使公螺纹端受力接近屈服点，并保持在弹性范围内，临界结合应力点产生在接头面末端及手紧面位置上,这类螺纹连接其装配扭矩及防止漏失的扭矩被认为是紧扣圈数的函数。
由于API螺纹制造间隙允许公差为,使这种间隙存在于啮合面或螺纹顶和根之间，螺纹密封主要依靠螺纹脂所含的金属微粒产生的桥接，另一方面，也靠螺纹尾部的金属挤压从而达到作用。
第二种密封形式：典型的例子是特殊螺纹，平滑金属对金属表面形成压力密封。
这种螺纹设计均有较大间隙，螺纹设有防漏能力，但对金属密封面设计是细小的接触面（点）。
由此低扭矩能产生高的接触应力。
其防漏能力与金属对金属产生的过盈（弹性范围内）产生的接触应力存在函数关系。
第三种密封形式：是一种补充密封形式并用于防腐蚀[2]。
四国外特殊螺纹发展现状1．美国Hydril（海德里尔）螺纹Hydril接头以其两级柱螺纹结构成为区别于其它特殊接头的显着特征。
Hydril接头已系列配套，共八个品种。
按用途划分，NCT接头可用于表层套导管及表层套管；“超级FJ-P”及“Hydril三重密封”可用于表层套管；CTS、“Hydril三重密封”及“超级EU”可用于中间套管；“Hydril三重密封”、 CTS及“超级EU”可用于生产套管；“Hydril三重密封”、“超级FJ-P”及FJ-P可用于衬管。
可见“Hydril三重密封”接头应用最广泛，是该公司的代表产品。
Hydril超级EU接头超级EU接头是一种内外加厚的整体式。
其外挡肩为主挡肩，两级柱螺纹之间还有一90°挡肩。
这种接头的螺纹没有径向过盈，对于改善接头的应力状态是十分有利的。
两级螺纹的另一个特点是上扣快，在总扣数相同的情况下，要比其它接头节省一办的上扣时间。
Hydril CTS接头CTS 为接箍式接头。
采用缩径加工，以免小直径段螺纹过分削弱管壁。
接箍有两种结构：一种是有内挡肩结构；另一种是无内挡肩结构。
从密封角度看，无内挡肩结构的接头可形成三重密封：其一是14°锥面的外压密封；其二是14°锥面的内压密封；其三是两级螺纹之间的挡肩，它既是辅助扭矩挡肩，又是一道密封。
“Hydril三重密封”接头整体式接头。
公端结构形式与CTS完全相同。
母端则采用扩径造型加工适应两级柱螺纹，避免过分削弱管壁。
密封结构与CTS相似，由两级柱螺纹之间的90°挡肩构成一道密封，加上外压密封及内周向密封形成三道密封，故称三重密封。
Hydril接头基本特点① 两级非锥螺纹，多重金属对金属密封，强度高，密封可靠；② 两级螺纹入扣，入扣深，装接迅速，连接稳定，消除错扣现象，上扣所需转数约少；③ 改善了各扣牙受力分布，普通接头扣牙受力为抛物状，即沿接头两侧扣牙受力大，中间扣牙受力小。
Hydril接头扣牙受力呈“W”状。
2．VAM特殊螺纹VAM扣是法国瓦卢瑞克公司专利。
日本住友金属公司转买法国专利，并加以改进。
它的其本类型是VAM ACE、NEW VAM、VAM FJL、MINI VAM、VAM-top等扣型；VAM ACE螺纹接头是多年研究的VAM扣中的新品种，接箍式接头。
螺纹扣牙承载面为负-3°角，称钩式扣。
钩形螺纹特点：在高拉伸下防止脱扣，同时使应力分布达最佳，对拉伸压弯都表现出良好强度和气密性。
适用各种极端井况的一种特殊套管接头。
NEW VAM螺纹接头采用偏梯形螺纹，套管上的退刀螺纹采用“全退刀”，并且接箍螺纹加长，这样就保证了退刀螺纹部分管体断面的强度。
密封结构在管端，由含锥度的环锥面和15°斜角的止动台肩组成。
这种密封具有弹性自紧(止动台肩的压力促使管端弹性变形而使2°51’锥面接触压力增加，内压具有自紧作用。
在高接触压力下，可保证密封性，止动台肩内部齐平，不产生涡流现象，为防止螺纹腐蚀，套管螺纹采用磷化处理以减少磨擦和腐蚀，也可镀铜或镀锌。
