油管螺纹密封性分析

概述,油管螺纹密封性分析,影响油管螺纹密封的因素,结论,油管螺纹密封性分析与对策,一、概述,这两幅图片是南堡作业某井FOX油管金属密封部位发生微小磕碰，入井时未查出，造成油管金属密封失效，台肩密封和螺纹密封相继失效穿孔的案例。螺纹密封只是气密扣油管两种辅助密封形式中的一种，它不是主密封。我们使用的API圆螺纹油管只有螺纹密封一种形式。螺纹密封是很脆弱的，任何一种对螺纹的伤害都可能造成油管螺纹的抗泄露能力降低。只有了解油管螺纹的结构特点才能有效的预防油管螺纹漏失。,二、油管螺纹密封性分析,（1）油管螺纹密封机理油管螺纹是一种石油行业专用螺纹，它的牙型分布在1:16的圆锥体上。油管螺纹密封是一种挤压密封，也称之为锥管密封，它类似于机械配合当中的过盈配合。在上扣过程中，油管螺纹牙顶与牙底之间的距离逐渐缩小直至接触、过盈。从而使油管螺纹牙型相对的测面及牙顶与牙底间的弧面之间产生挤压，形成挤压密封。,（2）螺纹加工误差对密封的影响在机械加工过程中，或多或少的都存在一定的误差，螺纹加工也不例外，也存在锥度误差；螺距误差；牙型误差；表面光洁度等形式的误差。这些误差在螺纹牙底和牙顶之间、螺纹咬合面之间都形成大小不一的间隙，这些间隙一旦联通就能形成以个螺旋形通道。,二、油管螺纹密封性分析,螺距误差,牙型误差,（3）油管螺纹参数的密封性分析以73mm平式油管为例：管端至消失点总长L4：52.40，从管端起全顶螺纹最小长度：Lc29.54mm，即在管螺纹加工过程中完整的螺纹只有29.54mm，非全顶螺纹即螺纹牙顶高不足，在油管螺纹配合时，油管螺纹牙底与牙顶之间将形成一道螺旋形的空隙通道，不能完全起到密封作用。去掉管端起引导作用的两扣，在标准扭矩和上完扣的情况下，整个连接螺纹中能起到完全密封作用的螺纹长度不足25mm。因此，我们简单的把油管螺纹按作用分成两部分：承载螺纹和密封螺纹。,二、油管螺纹密封性分析,油管螺纹密封性分析,现场常见的一种漏失情况是上偏扣后损坏的油管公扣端前2-3扣螺纹和油管接箍内前端损坏的螺纹对相应油管接箍和油管外螺纹密封段螺纹进行挤压和切削，严重的破坏了油管的密封结构。,（4）油管螺纹在有载荷下的密封性在负载时，油管螺纹牙型一侧受力减小，过盈量降低，从而降低了螺纹一侧的密封性。这就是油管在车间试压和在井筒试压的不同的原因,无载荷,有载荷,二、油管螺纹密封性分析,在大负荷情况下，油管螺纹牙面所受力分解为轴向的上提拉力和径向的张力，上提的拉力增加时，张力也随之增大，当张力达到一定数值后，油管接箍的直径开始逐渐增大，从而在油管螺纹内外扣压顶和牙底之间形成一道螺旋形通道。继续增加上提拉力，将出现撸扣现象。此外，油管在高温、高压、井筒拐点等环境下也存在漏失问题。,二、油管螺纹密封性分析,螺纹磨损,上扣时，扭矩达到设计要求，但螺纹牙型之间有间隙。,螺纹截止线平面低于接箍平面一牙，扭矩值未达到规定扭矩值得75%，螺纹强度已不能满足使用要求。,余牙数可视为零，理论上上扣扭矩达到设计要求，油管全顶尺寸螺纹牙顶和牙底间产生0.083mm的过盈量。,三、影响油管螺纹密封的因素,（1）上扣扭矩对螺纹密封的影响,油管螺纹变形可分为牙型损坏和牙型缺失两种情况，螺纹缺失对扭矩没有影响，对油管密封性影响很大，增大了油管螺纹间的间隙，即使上扣扭矩达到要求，也无法消除螺纹间的间隙，最常见的就是圆形螺纹。,三、影响油管螺纹密封的因素,螺纹变形的影响,三、影响油管螺纹密封的因素,丝扣清洁度的影响,螺纹间粘有油泥、铁销、沙粒等杂质，增加上扣阻力，扭矩虽然达到要求，但是，扣没有上到位，螺纹间没有产生过盈配合，有间隙存在，抗泄漏能力就差。,油管螺纹牙型损坏主要是由于上偏扣和丝扣磕碰造成的。螺纹偏扣特点是相互配合的螺纹公扣端和母扣端的前1-3扣同时受损变形。卸扣后，重新对正上扣，当对应的螺纹间间隙逐渐缩小时，受损变形螺纹对相对应的螺纹进行挤压、切削，导致螺纹压型表面出现拉槽、牙型缺失、变形增大、产生铁屑等现象，严重时会产生粘接现象。螺纹的密封结构基本上全被破坏。,接箍夹持力的影响,接箍加持力的影响主要是液压钳对油管接箍咬合产生变形，增加了油管上卸扣时的扭力。其原因，一是备钳钳牙粘有油泥、铁销、沙粒等杂质，增大了对接箍的咬合力;二是液压钳咬合位置不对。油管生产厂家和标准中都明确要求油管备钳的咬合位置必须在油管接箍的下端或中部。,（2）高速上扣对油管螺纹的损害,APIRP5C1-1999套管、油管的维护和使用的推荐作法推荐的上螺纹速度25r/min,规范的操作应为:用高速档将油管预拧至手紧位置,然后换低速档将油管上紧至规定扭矩。但有些现场操作工人为提高下油管速度,直接用高速档上紧,速度高达90r/min,远超过标准推荐的上扣速度25r/min。高转速上扣，出现偏扣现象时，油管内外螺纹已经在液压钳强大的扭矩作用下发生损坏变形，即便重新对正上扣，也不能消除破损螺纹在上扣过程中对相连接螺纹牙型表面上研磨和切削形成的螺旋形凹槽，这些螺旋形凹槽是造成油管螺纹漏失失效的一个重要因素。高转速上扣还可使内外螺纹在旋合过程中产生大量热量,从而使啮合面温度急剧升高,试验表明温度可达到750以上,致使材料强度降低,最终导致螺纹粘扣，更严重的是粘扣油管在生产中在负荷的震荡作用下撸扣落井。,三、影响油管螺纹密封的因素,高速上扣,产生高温钢材退火,易上偏扣螺纹损坏,密封脂质量对密封性的影响油管螺纹脂除含有一定的油基脂外,还含有占总质量64%的固体填料,如铜、铅、锌和石墨等,这些固体填料中的软金属在螺纹接触压力的挤压下,形成固体填料颗粒的聚结,并堵塞螺纹间的缝隙。密封脂的成本主要有金属固体填料的多少决定，有一些厂家为降低成本，有意降低固体填料的比例，也导致了螺纹密封性的下降。API螺纹脂属油基质螺纹脂,其最大的缺点是油基脂在高温、高压或长期服役过程中,逐渐挥发或变质,从而导致螺纹密封性的下降。,三、影响油管螺纹密封的因素,（3）密封脂对密封性的影响,密封脂涂抹方式对密封性的影响,三、影响油管螺纹密封的因素,密封脂涂抹不均匀可造成螺纹局部密封脂堆积和缺失,看看老外是怎么涂抹密封脂的,三、影响油管螺纹密封的因素,三、影响油管螺纹密封的因素,标准中对密封脂的使用要求APIRP5C1-1999套管、油管的维护和使用的推荐作法5.1下入前的准备和检验5.19f）在管子螺纹对接前，内、外螺纹整个表面都涂上螺纹脂。推荐使用SY/T5199规定的改进型高压螺纹脂。但在遇到条件苛刻的特殊情况时，推荐使用SY/T5199规定的高压硅酮螺纹酯。,油管螺纹在设计时没有考虑力的影响，从严格的意义上讲，油管螺纹不是密封螺纹。它需要用合适的密封脂来达到密封的，这种密封是一种暂时的密封。因此，国内外很多油田逐步开始使用具有气密特性的特殊扣油管，我国也不列外。但就API圆螺纹油管来说，随着机械加工技术的提高，逐步降低了在机械加工过程中产生的锥度、牙型等误差对油管密封的影响。目前，影响油管密封的因素主要集中在作业施工当中。,四、结论,指“下油管”的整个过程。这个过程包括：检查、丈量