油管螺纹粘扣影响因素分析与措施

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1、油管螺纹粘扣影响因素分析与措施摘要：阐述了油管螺纹粘扣力学机理，分析其失效的主要原因，即材质和螺纹标准和操作标准问题是发生油管螺纹粘扣的主要因素，上螺纹扭矩越大，油管反复上卸螺纹的能力越低，越容易引起粘螺纹，并提出了改善油管螺纹粘扣的有效措施，对于延长油井生产周期，提高经济效益有着十分重要的意义。　　关键词：油管螺纹机理措施　　　　一、螺纹粘扣力学机理　　根据ISO13679标准，粘螺纹是一种发生在相互接触金属表面之间的冷焊。接触应力是引起粘螺纹的核心要素，上螺纹扭矩是引起粘螺纹的主要外力因素。过盈量几何约束则是通过改变螺纹啮合起始螺纹位置的应力集

2、中及主应力分布影响粘螺纹倾向。粘螺纹是由于螺纹上螺纹过程中齿面局部接触应力过大造成的，这种接触应力是由上螺纹扭矩与几何约束过盈产生的。　　（1）接触应力。接触应力是引起螺纹粘螺纹的根本原因。在轴向推力上螺纹时，螺纹大端承载面上最大接触应力作用在齿侧上部与齿顶圆弧相切的位置，随后齿面接触应力的分布逐渐减少，而且在同一齿面上，上部接触应力高出中下部1倍左右，说明内外螺纹啮合在齿面的上下切点部位容易产生变形及粘螺纹现象。　　（2）扭矩作用。油管螺纹拧接扭矩通常采用Lame计算式　　M=2πμR2LPc，（1）　　式中：M为上螺纹扭矩，Nm；R为螺纹啮合处

3、的公称节圆半径，m；μ为摩擦系数；L为螺纹轴向啮合长度，m，pc为接触压力，Pa。　　根据式（1），在上螺纹过程中的齿面接触压力直接受上螺纹扭矩的影响，在几何尺寸相同的情况下，上螺纹扭矩愈高，齿面接触压力就愈高。因此，上螺纹扭矩及过盈量是引起螺纹干涉，发生粘螺纹又一主要机理。　　（3）几何约束过盈。过盈又称几何约束，带来的应力集中和主应力分布呈梯度变化，首先在螺纹啮合起始处表现的异常突出。接箍过盈带来的几个约束决定了齿面接触应力和等效应力应变的大小、方向及分布规律。　　二、失效原因　　2.1油管螺纹生产加工工艺影响　　（1）油管螺纹参数不优。油管螺

4、纹参数分为几何和物理两种。这些参数对油管螺纹的抗粘扣性能有很大的影响。内外螺纹距偏差过大，造成接触应力分布不均，易产生粘扣现象。　　（2）油管螺纹加工质量不佳。螺纹淬火技术水平低，硬度达不到要求，不耐磨损，耐温性能差；螺纹光洁度不达标，上扣摩擦阻力大；内外螺纹的公差尺寸配合和类型相互不一致（指上偏差、中偏差、下偏差），致使油管螺纹配合时产生粘扣；油管接箍与油管本体的材质不同；油管螺纹圆度不够。　　（3）油管内、外螺纹中径配合控制不当。随着修复油管使用的增加，其螺纹加工时的公差不十分合理，而且有时螺纹的起始螺纹上存在毛刺，也会造成油管螺纹的粘螺纹。　

5、　2.2实际操作规范对螺纹抗粘扣性能的影响　　（1）上螺纹速度。规范的操作应为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。速度高达90r/min，远超过APIRPC1和GB/T17745-1999推荐的上螺纹速度25r/min，致使螺纹的啮合状态恶化，使啮合面温度急剧升高，致使材料强度降低，最终导致粘螺纹。　　（2）过扭矩。首先现场使用动力源不同，油泵排量的输出压力明显不同，使液压钳在实际操作中扭矩难以控制，易造成过扭矩现象；其次，国产液压钳上安装压力表满程为25MPa，刻度划分不粗，有时压力表指针开始启动就达到甚至超过油管的初始

6、上螺纹扭矩，稍有不慎会造成扭矩现象。　　（3）夹紧力。液压动力钳利用背钳夹紧接箍，实现上下螺纹作业。钳口夹紧力较大，易造成接箍变形，同时上螺纹过程中由于外夹紧力的约束，使接箍很难外胀弹性变形，导致上螺纹至规定扭矩时外露螺纹较多，必须施加更大扭矩才能使螺纹旋合到位，所以齿面接触应力远超过规定扭矩的应力状态，容易导致油管粘螺纹现象的发生。　　（4）对中性。液压钳的悬吊点通常距井口约15m以上，在自由悬吊状态下钳头中心距井口约0.5m，这就意味着油管垂吊距井口最大偏斜0.5m。在起下油管的操作中，出现斜拉操作的现象，易引起错螺纹。一旦发生错螺纹，因液压钳

7、操作扭矩大，有时也不易发觉。　　（5）其他因素。调查证明，不按作业操作规程施工，忽视作业质量，追求作业速度也是造成作业质量差和油管螺纹粘扣的原因，主要表现在：①下油管时已损坏的油管螺纹未挑出，也未进行螺纹修复，油管螺纹的锥度、螺距、齿高、齿型已磨损或腐蚀又入井使用；②不同材质的油管混杂使用，新旧油管混杂使用；③由于螺纹脏、螺纹错位、螺纹脂质量差或稀释过；④井架天车、游动滑车和井口不对中（前后误差超过5cm，左右误差超过2cm）。　　2.3螺纹脂、螺纹镀层不当　　螺纹密封脂的存在改变了螺纹的接触表面状态，改善了上螺纹过程中螺纹接触面应力状态，能够有效

8、地防止螺纹的粘结。可是，在油田现场修井作业过程中有时出现偷工减料、甚至不涂抹螺纹脂的情况，即内外螺纹在啮合中处于干摩擦状态