楊向同 呂拴錄，2 劉洪濤 劉軍嚴(yán) 石桂軍 徐永康吳富強(qiáng) 張 鋒 張 偉 郭海清

(1.塔里木油田 新疆 庫(kù)爾勒 841000;2. 中國(guó)石油大學(xué)材料科學(xué)與工程系 北京 102249)

1 問(wèn)題提出

某井88.9 mm×6.45 mm P110SS EU 油管在下井作業(yè)過(guò)程中發(fā)生了粘扣，油管作業(yè)隊(duì)認(rèn)為粘扣原因是油管黑皮扣多所致，要求更換油管。油田供應(yīng)部門挑選200多根黑皮扣較少的油管送井，結(jié)果還是粘扣。為防止油管發(fā)生粘扣事故，油田不得不停用了該批油管。為搞清油管粘扣原因，對(duì)該批油管抽樣進(jìn)行了上卸扣試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該批油管符合SPI Spec 5B［1］規(guī)定。

根據(jù)油管下井作業(yè)過(guò)程中存在的問(wèn)題，該油田組織專家在LN632 井進(jìn)行了油管下井試驗(yàn)。LN632 井為一口直井。油管串下部為47 根73. 0 mm × 7. 82 mm P110EU 油管，下深6 060 m ～6 514 m;上部為630 根88.9 mm×6.45 mm TN110SS-EU 油管，下深0 ～6 060 m。油管送到LN632 井之前經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)，螺紋接頭沒(méi)有損傷。

本文為L(zhǎng)N 632 井油管下井試驗(yàn)研究結(jié)果。

2 油管下井存在問(wèn)題及解決辦法

2.1 螺紋保護(hù)器

螺紋保護(hù)器具有保護(hù)油管螺紋接頭，防止油管螺紋接頭損傷的作用。油管不戴螺紋保護(hù)器從管架上推落到鋼質(zhì)跑道上，很容易使螺紋接頭變形，并損傷外螺紋接頭。油管外螺紋接頭端螺紋保護(hù)器脫落后，外螺紋接頭直接與鋼質(zhì)跑道接觸滑動(dòng)摩擦，這會(huì)使外螺紋接頭小端摩擦損傷。一旦螺紋接頭變形或損傷，在上卸扣過(guò)程中很容易發(fā)生粘扣和錯(cuò)扣事故［2、3］。

該油田企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在準(zhǔn)備對(duì)扣之前，不得卸下油管端部的螺紋保護(hù)器。清洗干凈的油管螺紋應(yīng)戴上干凈的螺紋保護(hù)器，以免油管在管架上滾動(dòng)和提升到井架時(shí)螺紋受到損傷。

井場(chǎng)管架上油管有相當(dāng)一部分螺紋保護(hù)器損壞(圖1)，有些油管沒(méi)有戴螺紋保護(hù)器，螺紋接頭沾滿了泥沙。

實(shí)際作業(yè)過(guò)程中絕大多數(shù)油管能夠按要求戴上干凈的螺紋保護(hù)器。但個(gè)別工人將沒(méi)有戴螺紋保護(hù)器的油管直接從管架上推落到跑道上，并有幾根油管螺紋保護(hù)器脫落之后仍被拖行。

螺紋保護(hù)器損壞既與其本身質(zhì)量有關(guān)，也與其搬運(yùn)操作有關(guān)。該批油管所用的螺紋保護(hù)器材料為塑料，塑料螺紋保護(hù)器在冬季韌性和強(qiáng)度差，在搬運(yùn)過(guò)程中受到碰撞后容易破損。如果采用鋼塑螺紋保護(hù)器，其韌性和強(qiáng)度會(huì)大幅度提高，可以有效防止螺紋保護(hù)器損壞。

圖1 螺紋保護(hù)器損壞及接箍表面泥沙形貌

2.2 油管螺紋接頭清洗檢查

油管接頭清洗不干凈，無(wú)法正確控制上扣質(zhì)量，容易發(fā)生粘扣。

該油田企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，應(yīng)卸下油管兩端螺紋保護(hù)器，用快干型溶劑類清潔劑和非金屬毛刷或銅刷徹底清洗螺紋。清洗后必須將清洗劑擦干凈。

該井采用洗衣粉溶液清洗，但清洗速度特別慢。經(jīng)征得廠家技術(shù)服務(wù)人員同意，整口井的油管全部先采用高壓蒸汽清洗，再采用洗衣粉溶液清洗。在清洗過(guò)程中個(gè)別作業(yè)工人采用鋼刷清洗螺紋，這是不允許的。因?yàn)橛娩撍⑶逑绰菁y接頭，很容易損傷螺紋表面。技術(shù)專家指出用鋼刷清洗螺紋接頭存在的問(wèn)題之后，作業(yè)隊(duì)馬上停止了這種作法。

2.3 螺紋接頭檢查修理

損傷的螺紋接頭上扣連接很容易發(fā)生粘扣，無(wú)法保證接頭連接質(zhì)量。

該油田企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，應(yīng)仔細(xì)檢查螺紋。若發(fā)現(xiàn)螺紋有損傷，應(yīng)根據(jù)損傷程度及時(shí)修理或判廢。

對(duì)下井的88.9 mm 油管螺紋清洗之后全部經(jīng)過(guò)進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)了許多損傷的螺紋接頭(圖2)。對(duì)于可以修復(fù)的8 根88.9 mm 損傷油管全部進(jìn)行了修理，對(duì)于不能修復(fù)的2 根88.9 mm 油管及時(shí)做了判廢處理。這樣既保證了下井油管的質(zhì)量，又避免了將大量可以修復(fù)的油管視為廢品報(bào)廢所造成的浪費(fèi)。

圖2 外螺紋接頭損傷形貌

2.4 螺紋脂

螺紋脂具有潤(rùn)滑、防止粘扣和填充密封的作用。螺紋脂的摩擦系數(shù)直接影響到上扣扭矩的選擇。

該油田企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，螺紋脂應(yīng)符合SY/T 5199《套管、油管和管線管用螺紋脂》［4］最新版本中規(guī)定的改進(jìn)型高壓螺紋脂要求。在對(duì)扣之前，應(yīng)擦干凈油管外螺紋表面殘余的清洗劑和臟物后均勻地涂上螺紋脂。

實(shí)際在前1 根～135 根油管使用的螺紋脂為L(zhǎng)H -9806。從第136 根油管開(kāi)始后面下井的所有油管螺紋脂全部為CS-5。所有入井油管螺紋接頭都均勻涂抹了螺紋脂。

2.5 對(duì)扣

對(duì)扣是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，對(duì)扣不當(dāng)容易導(dǎo)致螺紋碰傷、錯(cuò)扣和粘扣［5、6］。對(duì)扣器具有引導(dǎo)油管外螺紋接頭與接箍?jī)?nèi)螺紋同心和垂直對(duì)扣的作用，使用對(duì)扣器有利于保證對(duì)扣質(zhì)量。

該油田企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，應(yīng)采用對(duì)扣器對(duì)扣。在對(duì)扣時(shí)應(yīng)小心地下放油管，垂直對(duì)扣，以免損傷螺紋。如果對(duì)扣后油管柱向一側(cè)傾斜，則應(yīng)提起來(lái)清洗、檢查，用三角銼刀修理?yè)p傷的螺紋，然后仔細(xì)清除銼屑，并在螺紋表面重新涂上螺紋脂后再對(duì)扣。

本次油管開(kāi)始下井時(shí)由于油管柱重量較輕，井架繃?yán)K沒(méi)有拉緊，吊起的油管與井口不同心，但由于采用了對(duì)扣器，又快又好地完成了所有73.0 mm 油管對(duì)扣作業(yè)。在88.9 mm 油管下井時(shí)隨著管柱重量增加，井架繃?yán)K拉緊后吊起的油管與井口已經(jīng)基本同心。但由于油管隊(duì)準(zhǔn)備的88.9 mm 油管對(duì)扣器型號(hào)與實(shí)際油管不符，所有88.9 mm 油管對(duì)扣時(shí)沒(méi)有使用對(duì)扣器，對(duì)扣特別困難。

2.6 引扣

引扣到位可以保證內(nèi)、外螺紋正確嚙合，防止粘扣和錯(cuò)扣;引扣到位可以防止接箍挾持變形，防止粘扣和錯(cuò)扣［7］。動(dòng)力鉗挾持位置在接箍上部(圖3)，引扣到位后外螺紋接頭和接箍同時(shí)承受挾持變形的力量，接箍不容易變形;不引扣，或者引扣不到位，挾持變形的力量全部由接箍承擔(dān)，接箍容易變形，接箍變形后容易發(fā)生粘扣和錯(cuò)扣。

圖3 動(dòng)力鉗夾持位置

該油田企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)好扣后應(yīng)當(dāng)使用引扣鉗轉(zhuǎn)動(dòng)油管垂直引扣，或者用手轉(zhuǎn)動(dòng)油管(僅限于規(guī)格≤73.0 mm的油管)垂直引扣，直到轉(zhuǎn)不動(dòng)為止，以保證螺紋正常嚙合，不發(fā)生錯(cuò)扣。

該井在油管引扣過(guò)程中，油管隊(duì)作業(yè)人員設(shè)法盡量保證了垂直引扣到轉(zhuǎn)不動(dòng)為止。

2.7 上扣及卸扣檢查

上扣扭矩不當(dāng)，容易發(fā)生脫扣事故［8～11］，油管上扣控制方法是否妥當(dāng)，可以通過(guò)卸扣檢查是否發(fā)生粘扣來(lái)檢驗(yàn)。

該油田企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，動(dòng)力鉗上應(yīng)當(dāng)裝備一個(gè)已知精度的、可靠的扭矩儀，并定期對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定。動(dòng)力鉗的扭矩采集系統(tǒng)誤差不能超過(guò)±10.0%，不能使用沒(méi)有定期標(biāo)定的動(dòng)力鉗和扭矩儀。扭矩儀應(yīng)記錄油管規(guī)格、壁厚、鋼級(jí)、上扣扭矩、上扣圈數(shù)、作業(yè)時(shí)間等信息。作業(yè)隊(duì)?wèi)?yīng)及時(shí)將記錄結(jié)果歸檔。最初幾根油管連接時(shí)，應(yīng)控制上緊圈數(shù)上扣，以確定正常上緊所必須的扭矩。

該井開(kāi)始下73.0 mm 油管時(shí)，試圖通過(guò)對(duì)幾根油管設(shè)定上扣扭矩，檢查上扣位置，來(lái)確定上扣扭矩，但發(fā)現(xiàn)扭矩儀顯示的扭矩值與實(shí)際相差甚遠(yuǎn)。根據(jù)扭矩儀誤差大的現(xiàn)狀，不得不采用引扣到位后，控制緊扣圈數(shù)上扣，最終目標(biāo)位置是外露扣為零。88.9 mm ×6.45 mm 110SS EU 油管下井時(shí)也采用同樣的控制方法。抽樣油管上扣及卸扣檢查結(jié)果見(jiàn)表1。

按API RP5C1 規(guī)定的最佳扭矩上扣之后外露扣為0(外螺紋大端有4 扣螺紋處在接箍鏜孔位置，不嚙合)，API RP 5C1 推薦的最大上扣扭矩(4930 N·m)對(duì)應(yīng)位置為外露扣為-2 扣。從表1 可知，第3 根73. 0 mm ×5.51 mm 110 EU 油管卸扣后外螺紋大端最后一扣不完整螺紋已經(jīng)嚙合。這說(shuō)明該接頭已經(jīng)多上扣4 圈，外螺紋最后1 扣已經(jīng)越過(guò)鏜孔位置，并與接箍螺紋嚙合。從該油管接頭上扣后外露扣為-4 扣推斷，上扣位置已經(jīng)比按最大上扣扭矩對(duì)應(yīng)的上扣位置多上2 扣，上扣扭矩至少已經(jīng)超過(guò)5 000 N·m，而扭矩儀計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)際顯示的扭矩僅1 830 N·m，動(dòng)力鉗扭矩儀顯示值大約為實(shí)際扭矩的1/3。從第51 根88.9 mm ×6.45 mm P110 EU 油管上扣后外露扣為0 情況判斷，上扣扭矩應(yīng)當(dāng)是API 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的最佳上扣扭矩(5 430 N·m)，而第1 次上扣之后扭矩儀計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)際顯示的扭矩僅1 400 N·m，第2 次上扣之后扭矩儀計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)際顯示的扭矩僅1 300 N·m，動(dòng)力鉗扭矩儀顯示值大約為實(shí)際扭矩的23.9% ～25.8%。從以上試驗(yàn)結(jié)果可知，該井所用的動(dòng)力鉗所配的扭矩儀誤差太大，無(wú)法使用。如果采用該扭矩儀按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的扭矩控制扭矩上扣，所有的油管實(shí)際將會(huì)嚴(yán)重過(guò)扭矩上扣。

按照該油田企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)操作，4 根88.9 mm×6.45 mm P110 EU 油管，其中2 根外螺紋接頭分別有4 扣黑皮螺紋和6 扣黑皮螺紋，經(jīng)過(guò)一次上卸扣后檢查結(jié)果，油管螺紋接頭完好。

2.8 上扣速度

上扣速度過(guò)快會(huì)在內(nèi)、外螺紋接頭之間產(chǎn)生沖擊載荷。上扣速度越快，產(chǎn)生的沖擊載荷越大，越容易發(fā)生粘扣和錯(cuò)扣。

該油田企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，上扣速度(10 ～15)r/min。

該井實(shí)際上扣選擇的是低檔，最大轉(zhuǎn)速為14r/min。上扣速度符合要求。

3 結(jié)論及建議

1)該批油管正常作業(yè)不會(huì)發(fā)生粘扣，庫(kù)存的該批油管可以使用。

2)油管鉗扭矩儀偏差很大，無(wú)法控制扭矩上扣。73.0 mm 油管上扣時(shí)顯示的扭矩大約為實(shí)際扭矩的1/3，88.9 mm 油管上扣時(shí)顯示的扭矩只有實(shí)際扭矩的23.9%～25.8%。在此情況下，采用引扣到位，控制圈數(shù)上扣，上扣目標(biāo)位置是外露扣為零，最終將油管柱安全下井。

3)嚴(yán)格執(zhí)行該油田企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可以有效防止油管粘扣。

［1］API SPEC 5B. SPECIFICATION FOR THREADING，GAGING，AND THREADED INSPECTION OF CASING，TUBING，AND LINE PIPE THREADS. 15th ed. Washington(DC);September 2004.

［2］呂拴錄，劉明球，王庭建，等. J55 平式油管粘扣原因分析［J］. 機(jī)械工程材料，2006，30(3):69 -71.

［3］呂拴錄，康延軍，孫德庫(kù)，等. 偏梯形螺紋套管緊密距檢驗(yàn)粘扣原因分析及上卸扣試驗(yàn)研究［J］. 石油礦場(chǎng)機(jī)械，2008，37(10):82 -85.

［4］國(guó)家能源局.SY/T 5199 -1997. 套管、油管和管線管用螺紋脂［S］.石油工業(yè)出版社，1997.

［5］呂拴錄，常澤亮，吳富強(qiáng)，等. N80 LCSG 套管上、卸扣試驗(yàn)研究［J］. 理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè)，2006，42(12):602 -605.

［6］呂拴錄，駱發(fā)前，趙 盈，等.防硫油管粘扣原因分析及試驗(yàn)研究［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2009，8:37 -40.

［7］袁鵬斌，呂拴錄，姜 濤，等. 進(jìn)口油管脫扣和粘扣原因分析［J］. 石油礦場(chǎng)機(jī)械，2008，37(3):74 -77.

［8］呂拴錄. 139.7 ×7.72 mm J55 長(zhǎng)圓螺紋套管脫扣原因分析［J］. 鉆采工藝，2005，28(2):73 -77.

［9］Lu Shuanlu，Han Yong，Terry Qin Changyi，and Yuan Pengbin，Analysis of well casing connection pullout，Engineering Failure Analysis，June 2006，v 13 n 4，P638 -645.

［10］袁鵬斌，呂拴錄，姜 濤，等. 長(zhǎng)圓螺紋套管脫扣原因分析［J］. 石油礦場(chǎng)機(jī)械，2007，36(10):68 -72.

［11］呂拴錄，駱發(fā)前，唐繼平，等.某井177.8mm 套管固井事故原因分析［J］.鉆采工藝，2009，32(4):98 -101.

［12］API.API RP 5C1. Recommended Practice for Care and Use of Casing and Tubing. 18th ed. Washington DC:API;May 1999.