石油钻具螺纹防粘扣技术及应用

2022-09-24

钻具是保证石油生产工作顺利进行的一种重要设备, 一旦钻具设备出现粘扣现象, 不但会损伤螺纹, 同时还可能导致钻具的接头直接报废。如此一来, 就会对钻井进度造成影响, 并引起经济损失[1]。因此, 做好螺纹防粘扣工作对于石油钻具的正常使用具有重要作用, 本文结合实践工作经验对石油钻具螺纹防粘扣技术及其应用现状进行了分析, 旨在加快石油工程的发展。

一、钻具螺纹出现粘扣现象的原因

引起石油钻具螺纹出现粘扣现象的常见原因如下: (1) 螺纹损伤原因。使用钻具时常会造成螺纹出现磕碰变形等损伤, 上扣时螺纹变形部位将可能受到高切向应力与压应力的影响, 在上扣操作完成后螺纹就会出现塑性变形现象, 变形后螺纹凸出部分极容易出现粘扣问题。 (2) 螺纹参数原因。重新对部分螺纹进行车丝扣时基本参数, 如锥度、牙高、紧密距或螺距等超出了规定的公差范围, 将会导致压应力不断增大, 并由此引起螺纹过早粘扣。 (3) 上扣原因。如在上扣时对接不当, 将会导致对接螺纹之间出现倾斜角;倾斜角出现后旋合内外螺纹时就会出现错扣与粘扣问题[2]。上扣速度过快会导致摩擦界面的金属出现软化现象, 因此就会造成母扣、公扣粘着, 粘扣现象也就因此发生。此外, 如螺纹脂的涂抹不均、钻具退磁及消磁不彻底等也会引起粘扣。

二、石油钻具螺纹防粘扣技术及应用

1. 钻具螺纹表面处理

对钻具螺纹表面进行处理是预防粘扣现象出现的重要途径, 目前表面处理技术主要包括以下两种。 (1) 渗氮技术及应用。通过加热使氮元素分解为可以被钢铁表面所吸收的氮原子, 钢铁吸收氮原子后, 就会在表面形成厚度为5μm~50μm的氮化物, 如 (Cr、Mn) 3N及Cr N等。氮化层不但具有良好的耐腐蚀性及抗疲劳性, 同时还能够充分发挥抗粘着作用。例如, 可以先对J55油管的外壁及内壁进行除锈处理, 随后将真空型氮化炉放入油管当中进行氮化处理, 处理时间为8h左右, 取出氮化炉后便可以上扣与卸扣。实践证明, 采用渗氮技术后, 上卸扣9次之内均可以避免发生粘扣问题, 同时还能够有效减少磨损现象。 (2) 镀锌技术及应用。镀锌技术已经被广泛应用于金属防腐处理, 在对螺纹表面进行处理时可以考虑选用氰化镀锌工艺, 以增强镀液的覆盖能力与分散性能。实践证明, 当镀层的厚度>30μm时, 能够有效防止螺纹出现粘扣现象。需要注意的是, 在应用镀锌表面处理技术时需要克服镀锌层熔点较低及脆性较大的缺陷, 将419.5℃发热熔点尽量提升至450℃以上。此外, 由于镀锌层在上扣卸扣时可能会被剥落, 因此要及时对剥落物进行处理, 以免对环境造成污染。

2. 合理使用螺纹脂

螺纹脂是连接螺纹时的一种必需物质, 实践证明应用螺纹脂不但可以使钻具螺纹密实性及润滑性得以增强, 同时还能够避免螺纹出现过度上紧的问题, 因此在实际工作中应用可以有效预防粘扣现象的发生。为了确保螺纹脂充分发挥防粘扣作用, 应注意做好以下工作。 (1) 在进行对扣前要对丝扣进行处理, 即利用毛刷及清水将丝扣表面存在的污物, 如泥浆等的清除, 随后再将螺纹脂均匀涂于丝扣表面。 (2) 优化选择螺纹脂。如石油钻具在工作状态下面临高扭力负荷, 则应选择含有少量软金属的螺纹脂, 如锌基螺纹脂等, 以避免因分离油膜遭到破坏而导致螺纹脂被挤出。锌基螺纹脂中细锌粉的质量比为40%~60%, 当钻具螺纹受到接触压力的强烈挤压时, 细锌粉就会不断聚结成少量固体颗粒。固体颗粒可以密封泄漏管道, 并同时使钻具螺纹表面接触状态得以改变, 当齿面接触应力得以降低时就可以有效预防粘扣。 (3) 严格控制在API BULL 5A2标准下生产或制作的螺纹脂。如石油钻具在工作时承受的扭力较低, 则可以使用此类螺纹脂, 如扭力较大, 则不适用, 以免因紧扣扭矩过小而引起钻具事故。

3. 螺纹参数优化及完善上扣操作

螺纹参数优化与完善上扣操作是预防粘扣的重要方法。 (1) 对石油钻具的螺纹参数进行优化不但可以有效延长钻具的使用寿命, 同时也可以有效防止出现粘扣现象。在优化参数时可以将API Spetct 5B作为控制标准, 以J55级直径为73mm的油管为例, 其螺纹接箍参数标准如下:螺纹高度公差的内控标准为-0.05mm~0.02mm, API标准为-0.01mm~0.05mm;螺距公差 (25.4mm) 的内控标准为±0.04mm, API标准为±0.07mm;锥度内控标准为0.063mm~0.066mm, API标准为0.060mm~0.068mm;紧密距的内控标准为4.0mm~7.0mm, API标准为 (5.08±3.81) mm。 (2) 为预防粘扣, 在上扣时应注意避免野蛮操作, 如在母接头的台肩上直接上公接头的端部等, 以避免台肩面的密实性受到影响。应确保母接头与公接头相互对中后才能进行旋扣操作, 如发现接头出现卡阻或摇摆问题, 则禁止通过高速旋紧的方法强行上扣, 以免对螺纹造成损坏。正确的方法应为, 采用大钳稍稍回转公母接头, 当公母接头逐渐松脱时, 将立柱提起并同时轻轻转动立柱, 完成以上操作后再次进行对扣。此外, 也可以先采用人工的方法将1扣~2扣旋紧后才开始机紧操作, 同时司钻人员应根据旋紧的具体情况慢慢将刹把放松, 以确保钻杆处于垂直状态。

结束语

综上所述, 钻具螺纹粘扣会给石油生产工作造成非常恶劣的影响, 因此要深入研究粘扣问题产生的原因, 并在此基础上合理利用防粘扣技术, 如合理选用螺纹脂, 强化螺纹修复及检查, 避免使用质量或参数达不到标准的石油钻具, 禁止野蛮上扣, 优化螺纹的参数设计及加强钻具螺纹检测工作等。此外, 还应在实际的工作中不断总结防粘扣经验, 并找出防粘扣工作中存在的不足, 从而为钻具的有效使用提供条件。

摘要：在开采石油时必须使用到配套的钻具, 钻具质量及使用性能是影响石油开采效率的重要因素, 因此要注意改善石油钻具的使用性能。为了使钻具性能得到改善, 则应注意做好螺纹的防粘扣工作。对此, 本文分析了钻具螺纹出现粘扣现象的原因, 包括螺纹参数原因, 螺纹损伤原因及上扣原因;同时探讨了石油钻具螺纹防粘扣技术及应用情况, 包括钻具螺纹表面处理, 合理使用螺纹脂, 螺纹参数优化及完善上扣操作。

关键词：防粘扣,螺纹,石油钻具,技术