石油专用管特殊扣的发展与应用

石油钻具特殊螺纹防粘扣技术及表面处理工艺优化1. 引言1.1 背景介绍石油钻具是石油勘探和开发中必不可少的工具之一，其性能直接影响到整个油田的生产效率和安全。

钻具连接螺纹作为钻具的重要部分，其质量直接关系到钻具的整体性能和安全运行。

在钻井作业过程中，由于钻头在地层中旋转和下压的作用，钻具连接螺纹容易出现粘扣现象，导致钻具断裂或损坏的情况发生，严重影响钻井作业的进展。

为了解决石油钻具螺纹粘扣的问题，各国科研人员已经进行了大量研究工作。

特殊螺纹防粘扣技术和表面处理工艺的优化是其中重要的方向之一。

通过对石油钻具螺纹特点的分析，探究螺纹防粘扣技术原理以及优化表面处理工艺方法，可以有效提高钻具连接螺纹的抗粘扣能力，降低钻井事故的风险，保障钻井作业的安全顺利进行。

对石油钻具特殊螺纹防粘扣技术及表面处理工艺的研究具有重要的理论和实践意义。

【背景介绍结束】.1.2 研究目的研究目的是为了解决石油钻具在钻井作业中出现的螺纹防粘扣问题，提高钻具的使用效率和延长其使用寿命。

通过深入探究钻具螺纹特点，分析螺纹防粘扣技术的原理，优化表面处理工艺方法，设计实验并分析结果，最终提出改进方案，旨在提高钻具的抗粘扣性能，提升在石油钻井作业中的稳定性和可靠性。

通过本研究，也可以为石油钻具的生产制造提供参考，并促进相关领域的技术创新和进步。

1.3 意义和价值石油钻具特殊螺纹防粘扣技术及表面处理工艺优化的研究具有重要的意义和价值。

石油钻具在石油勘探和开发中起着至关重要的作用，而钻具螺纹往往是连接钻杆和其他钻具元件的关键部位，直接影响着钻具的使用性能和寿命。

研究钻具螺纹的防粘扣技术和表面处理工艺优化，可以有效降低钻具在作业过程中出现螺纹粘扣的风险，提高钻井作业效率，减少作业成本。

钻具螺纹的防粘扣技术和表面处理工艺的优化，不仅可以提高钻具的使用寿命，减少更换和维修频率，还可以减少钻具在作业中出现事故和停机的可能性，提高作业安全性。

优化钻具螺纹的防粘扣技术和表面处理工艺，还可以降低钻井过程中对环境的影响，减少资源的浪费，符合可持续发展的发展理念。

国外油井管特殊扣的主要类型及其特点居勤华北石油专用管材国外油井管特殊扣的主要类型及其特点居勤（华北石油专用管材）摘要介绍了国外生产和应用比较广泛的几种主要特殊扣油井管的接头类型及其结构形式，并分析了各种特殊扣的特点和优点及其使用情况，对国各油井管生产厂家开发特殊扣油井管具有一定的借鉴作用。

关键词油井管特殊扣类型0 前言在石油工业的发展过程中，随着油井气钻采作业向更大井深、更高压力和温度、更苛刻工况条件的方向发展以及石油钻采工艺技术自身的进步，石油专用管常用的API STC 、API LC 和API BC型螺纹接头[1]已难以满足油田的开发要求。

虽然API圆螺纹有比较优良的密封性能，但其螺纹部分的连接强度却只相当于管体部分的60%～80%，而API偏梯形螺纹尽管螺纹部分连接强度较高，但密封性能不理想[2]。

所以，世界各大石油专用管制造厂都致力于开发连接强度和密封性能更优越的特殊螺纹油井管。

1 特殊扣的主要类型目前，国外生产和使用的特殊扣油井管约有上百种，而比较典型、应用较为广泛的却只有十多种[3]。

1.1 TM特殊扣由日本住友金属工业公司开发，其扣型和密封形式见下图1：a.螺纹牙形b.密封形式螺纹参数：承载面角度：3°API BC 改进型增加双金属密封导向面角度：10°锥度： 1：16每英寸牙数： 5牙表面处理：外螺纹磷化。

密封形式：锥面对锥面金属密封，90°台肩端面密封兼为扭矩台肩。

TM属于比较简单、经济但实用可靠、用途广泛的特殊扣产品。

1.2 SM-EF特殊扣由日本住友金属公司开发其牙形见图2 ，无金属密封。

图2 SE-EF 特殊扣的螺纹牙型螺纹参数：承载面角度：3°导向面角度：45°或30°每英寸牙数： 3牙齿高：1.982㎜（API BC为1.575㎜）锥度：1：8.5表面处理：镀锌。

1.3NK3SB特殊扣由日本钢管公司（NKK）开发。

HT高密封性特殊螺纹套管在气井中的应用李飞＊李玉民张飞跃肖艳平张建设(中原石油勘探局管具工程处) (中原油田分公司物资供应处) (中原油田分公司井况防治中心) 摘要由于普通API螺纹套管难以承受高于70 MPa高压气体，开发加工了高密封性能的SEAL-LOCK HT特殊螺纹套管。

这种螺纹套管的结构特点是：①端面和侧面为特殊结构密封，套管的气密封性能好；②采用倒钩螺纹设计，提高了螺纹的抗拉和抗内外压能力，可防止套管倒扣松动；③螺纹结构先进，套管插入方便，入扣不易错扣；④抗过扭矩能力强，螺纹联接可靠。

室内试验表明，该螺纹套管加载432 kN，施加气压79．9 MPa，气密封良好。

8口井现场应用均取得成功，下套管节约8—12 h，节约套管成本10％～15％，解决了高气压井的密封问题。

关键词特殊螺纹套管气密封性能结构特点室内试验天然气井现场应用引言中原油田属复杂的断块油气田，由于受高压油气、高压注水、盐层“塑性流动”和地应力等诸多因素的影响，套管螺纹密封失效、滑脱是较常见的套管损坏现象。

普通API 圆螺纹套管相互配合后，在外螺纹和内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，在接触点形成压密封。

另外套管圆螺纹牙顶和牙底之间存在0.152mm的间隙。

螺纹密封脂所包含的金属微粒在此间隙之内产生封堵作用，但螺纹脂在高温高压下，随着时间的延长会逐渐分解失效。

气井对于密封的要求较油水井更为重要，高于70 MPa 高压气体普通API螺纹难以承受，一旦套管螺纹密封失效，将导致井筒无法正常生产。

因此，对于高压气井必须考虑螺纹形式。

中原油田与天津华新特殊扣石油套管有限公司合作，开发加工了高密封性能的SEAL-LOCK I-IT特殊螺纹套管，解决了中原油田高压油气井套管密封失效问题和盐岩层、盐膏层、泥岩层、断层作用对套管螺纹密封的影响问题。

主要技术指标及性能评价1．HT特殊螺纹设计依据根据目前中原油田地质情况和开发现状，气井产层压力系数达到I．8以上，套管螺纹气密封要求高，综合多种影响因素，设计采用HT特殊螺纹，其性能见表I。

国外油井管特殊扣的主要类型及其特点张居勤沧州华北石油专用管材有限公司国外油井管特殊扣的主要类型及其特点张居勤（沧州华北石油专用管材有限公司）摘要介绍了国外生产和应用比较广泛的几种主要特殊扣油井管的接头类型及其结构形式，并分析了各种特殊扣的特点和优点及其使用情况，对国内各油井管生产厂家开发特殊扣油井管具有一定的借鉴作用。

关键词油井管特殊扣类型0前言在石油工业的发展过程中，随着油井气钻采作业向更大井深、更高压力和温度、更苛刻工况条件的方向发展以及石油钻采工艺技术自身的进步，石油专用管常用的APISTC、APILC和APIBC型螺纹接头[1]已难以满足油田的开发要求。

虽然API圆螺纹有比较优良的密封性能，但其螺纹部分的连接强度却只相当于管体部分的60%～80%，而API偏梯形螺纹尽管螺纹部分连接强度较高，但密封性能不理想[2]。

所以，世界各大石油专用管制造厂都致力于开发连接强度和密封性能更优越的特殊螺纹油井管。

1特殊扣的主要类型目前，国外生产和使用的特殊扣油井管约有上百种，而比较典型、应用较为广泛的却只有十多种[3]。

1.1TM特殊扣由日本住友金属工业公司开发，其扣型和密封形式见下图1：a.螺纹牙形b.密封形式螺纹参数：承载面角度：3°APIBC改进型增加双金属密封导向面角度：10°锥度：1：16每英寸牙数：5牙表面处理：内外螺纹磷化。

密封形式：锥面对锥面金属密封，90°台肩端面密封兼为扭矩台肩。

TM属于比较简单、经济但实用可靠、用途广泛的特殊扣产品。

1.2SM-EF特殊扣由日本住友金属公司开发其牙形见图2，无金属密封。

螺纹参数：承载面角度：3导向面角度：45°或30°齿高：1.982㎜（APIBC为1.575㎜）锥度：1：8.5表面处理：镀锌。

1.3NK3SB特殊扣由日本钢管公司（NKK）开发。

见图3a.螺纹牙形b.密封形式螺纹参数：承载面角度：0°可降低接箍的周向应力；导向面角度：45°螺纹牙顶平行于管子轴线，易对扣。

石油钻具特殊螺纹防粘扣技术及表面处理工艺优化为了提高石油钻具的使用寿命、减少钻井事故的发生率，螺纹防粘扣技术和表面处理工艺优化是非常重要的。

本文将结合实际案例和研究成果，介绍石油钻具特殊螺纹防粘扣技术和表面处理工艺的优化方法。

一、特殊螺纹防粘扣技术1.1 常规防粘扣技术的缺陷在石油钻探中，螺纹粘扣是一个非常严重的问题。

一旦发生螺纹粘扣，不仅会影响钻探进度，还有可能导致装备损坏、事故发生。

常规的防粘扣技术，如涂抹润滑剂、使用多螺距螺纹等，虽然能够在一定程度上解决螺纹粘扣问题，但仍存在以下缺陷：（1）润滑剂在运输和使用过程中容易挥发和流失，无法长期保持防粘扣效果；（2）多螺距螺纹虽然能够分散压力，降低粘扣的可能性，但却影响了螺纹的强度和密封性；（3）常规防粘扣技术不能解决螺纹断裂的问题，对于长时间使用或大负载的石油钻具来说，仍存在较大的安全隐患。

为了解决这些问题，我们需要开发一种更加可靠的螺纹防粘扣技术。

近年来，国内外学者在螺纹防粘扣领域进行了广泛的研究。

通过对材料结构和表面微观结构的分析，他们开发出了一些特殊的螺纹结构，能够有效地防止螺纹粘扣和断裂，提高石油钻具的使用寿命和安全性。

例如，美国荷兰壳牌公司开发的ATHM龙骨螺纹就是一种特殊的螺纹结构。

该螺纹结构采用锥形设计，螺距大、螺纹深，能够将粘结力集中到顶端，从而减少螺纹粘扣的可能性。

同时，该螺纹结构具有较高的密封性和抗疲劳性能，能够有效地防止螺纹断裂的问题。

此外，还有一些研究表明，将纳米材料和润滑剂添加到螺纹表面处理中，也能够有效地防止螺纹粘扣和断裂。

纳米材料的添加可以增强螺纹的硬度和抗磨性，润滑剂的添加可以减少螺纹表面粗糙度和摩擦系数，从而降低螺纹粘扣的可能性。

特殊螺纹防粘扣技术已经广泛应用于石油钻具的设计和生产中。

例如，国内某石油公司在石油钻具的螺纹加工过程中，采用了锥形螺纹和减小螺距的设计，有效地降低了螺纹粘扣和断裂的风险。

另外，该公司还采用了纳米材料和润滑剂的螺纹表面处理工艺，提高了石油钻具的硬度和耐磨性，减少了螺纹表面的磨损和粘结。

NEWVAM特殊扣优点NEWVAM特殊扣⽯油⼯业尤其是钻采技术的进步推动了特殊螺纹油套管的研究和开发。

随着深井、超深井、⾼压油⽓井、稠油热采井、重腐蚀井、定向井等的开采,对油套管提出了越来越苛刻的技术要求。

API圆螺纹和偏梯形螺纹接头在⽓密封性、连接强度和耐腐蚀性⽅⾯都不能够满⾜开采环境条件恶劣的油⽓井的需求,迫使⼈们去研究开发性能更加可靠的特殊螺纹接头。

特殊螺纹油套管的研究和开发,国外从20 世纪40 年代后期起步,60 年代投⼊使⽤,80 年代⼤量应⽤,⽬前申请专利的约有⼀百多种扣型,并且每年还有⼀些新的扣型问世。

在特殊螺纹的研究开发中,主要采⽤⼩试样模拟试验、全尺⼨评价试验和有限元与试验应⼒分析等技术,并在以下⼏⽅⾯取得突破性进展:(1) 密封技术,通过弹性及⾦属密封结构的设计,使接头⽓密封抗⼒达到管体内屈服压⼒; (2) ⾼连接强度,通过丝扣设计,⼤⼤改善了接头的应⼒分布,接箍式连接的接头其连接强度达到或超过管体强度,基本解决了滑脱问题; (3) 抗磨损和防粘结技术,通过材料的选择和表⾯处理⼯艺的改进,基本解决了螺纹粘结问题,套管三次上卸扣,油管⼗次上卸扣不发⽣粘结; (4) 耐腐蚀性,通过优化结构,使接头应⼒分布更趋合理,同时开发出⼀些耐酸⽓腐蚀的钢材(如9Cr、13Cr 等) 应⽤于钢管⽣产,使接头的耐腐蚀性⼤⼤提⾼; (5) 上扣可靠性提⾼,主要通过台肩结构的设计,使上扣操作更加容易进⾏; (6) 整体式接头的设计,满⾜了⼀些⼩间隙固井、修井和⼆次开采技术的应⽤;(7) 抗⾼温蠕变及变形, 研制出⼀些接头能够满⾜350 ℃⾼温注汽井的热循环开采需要。

2 NEW VAM特殊螺纹设计概要特殊螺纹接头在⽓密封、连接强度、抗粘扣、耐应⼒腐蚀、抗热冲击等⽅⾯的使⽤性能都优于API 螺纹接头,这主要是由于特殊螺纹接头在结构设计上与API 螺纹有着根本的不同,除了连接螺纹外增加了密封结构和扭矩台肩。

石油钻具特殊螺纹防粘扣技术及表面处理工艺优化石油钻具在石油勘探和开采过程中起着重要的作用。

由于工作环境的极端恶劣和高温高压等因素的影响，钻具容易出现螺纹粘扣的问题，导致工作效率的降低和操作的困难。

为了解决这个问题，石油钻具的螺纹防粘扣技术和表面处理工艺得到了广泛的研究和应用。

螺纹防粘扣技术是针对钻具螺纹粘扣问题的解决方案之一。

螺纹防粘扣技术主要通过调整螺纹参数、改变螺纹形状和采用特殊的材料等方式来减少螺纹粘扣现象的发生。

可以通过增加螺纹间隙和螺纹牙峰的半径等方式来改善螺纹的自锁性能，减少螺纹的粘扣现象。

选择合适的润滑剂和涂层材料也可以显著降低螺纹的粘扣风险。

值得一提的是，通过特殊的焊接工艺和热处理工艺等方法可以进一步提高螺纹的防粘扣性能。

除了螺纹防粘扣技术，表面处理工艺也是提高钻具防粘扣性能的关键。

表面处理工艺主要包括化学处理、热处理和表面涂层等方法。

化学处理可以通过在钻具表面形成一层化合物来增加其硬度和耐磨性，从而减少螺纹的粘扣现象。

热处理则可以通过控制钻具的组织结构和晶粒尺寸来提高其抗粘扣性能。

表面涂层是一种更常见的表面处理方法，可以通过在钻具表面涂覆一层涂层来减少螺纹的磨损和粘扣现象。

常见的表面涂层材料包括钨碳化物、钨钛碳化物和氮化硅等。

在对石油钻具的特殊螺纹防粘扣技术和表面处理工艺进行优化时，需要考虑多种因素。

要根据工作环境的特点选择合适的防粘扣技术和表面处理方法。

在高温高压环境下，应选择具有高温抗粘扣性能和耐磨性能的防粘扣技术和表面处理方法。

要考虑到螺纹的尺寸、材料和工艺等因素对防粘扣性能的影响。

螺纹的尺寸要合理设计，以便在不影响连接强度的前提下降低粘扣风险。

要进行实验和仿真分析，验证和优化所选的防粘扣技术和表面处理工艺的效果。

石油钻具特殊螺纹防粘扣技术和表面处理工艺的优化对提高钻具的使用寿命、工作效率和安全性具有重要意义。

通过合理选择防粘扣技术和表面处理方法，并进行实验和仿真分析，可以有效地降低螺纹粘扣现象的发生，提高钻具的抗粘扣性能。

油套管接头可以分为两类：一类是API接头，即按照API标准生产和检验的接头；另一类是非API接头，也称为特殊螺纹接头。

特殊螺纹接头是各个油套管生产厂为了克服API接头的缺点而设计的新型接头形式合金管，这种接头突破了API接头在结构设计方面的框架，一般具有连接强度高、密封性能好等优点。

由于特殊螺纹接头较好地解决了油套管接头的结构完整性和密封完整性问题，所以其应用的范围不断扩大，并具有广阔的市场空间合金管。

在我国，开发具有较高技术附加值的特殊螺纹接头油套管，已经得到了广大油套管生产厂家的高度重视合金管，如宝山钢铁股份有限公司(简称宝山股份)、天津钢管集团有限公司(简称天津钢管)、无锡西姆莱斯石油专用管制造有限公司(简称无锡西姆莱斯)等均成功地开发了各自的特殊螺纹产品，并已得到一定的应用，使我国的特殊螺纹接头研究进入了一个新的阶段。

现结合无锡西姆莱斯在开发特殊螺纹接头过程中所遇到的问题，从多个侧面综合分析评述目前该领域的研究现状、存在的问题以及未来研究开发的方向。

国内的大庆、辽河、中原、大港、华北、长庆、青海、吐哈、新疆、塔里木、四川、胜利、新星公司西南局、新星公司西北局、渤海、南海、东海等17个油田都使用过特殊螺纹接头油套管，这些油田占我国油田的80%以上。

使用特殊螺纹接头油套管的油气井包括高压气井、油气混合井、稠油热采井、低压低渗透气井等。

使用过的特殊螺纹接头油套管的钢级涵盖了N80、L80、C90、80S、M65、65S、95S、T95、105H、100H、P110、Q125、V140等。

使用过的特殊螺纹接头扣型包括TM、NK3SB、FOX、VAM、NEWVAM、NSCC、VAMTOP、TPCQ、WSP-1T、BGT等等。

螺纹密封原理可以分成三种：螺纹油密封、TEFLON (特氟隆) 密封圈密封和金属对金属密封。

1．API 螺纹API 螺纹在螺纹的底部和顶部都是圆形的，并有一定的空隙，这样很容易泄漏。