国外特殊扣的主要类型及其主要特点

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。图2SE-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㎜（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。螺纹锥度：1：16每英寸牙数：5牙/套管；8牙/油管表面处理：接箍镀锌或镀铜。密封形式：公扣球面对母扣锥面线接触，90°密封台肩。NK3SB—SS油管特殊扣：在NK3SB的基础上加密封环。NK-EL特殊扣：加厚,无接箍连接套管：改进型直连型套管接头，每英寸牙数：5牙/219.1-273.1；6牙/127-193.1;螺纹锥度：1：8/127-193.1;1:9.6/219.1-273.1;螺纹参数：承载面角度：6°；导向面角度：6°螺纹牙顶平行于管子轴线，易对扣。齿高:同API油管:每英寸牙数：6牙螺纹参数：承载面角度：15°；导向面角度：15°螺纹牙顶平行于管子轴线，易对扣。螺纹锥度：1：16NKEL-CB:内涂层油管,内台肩上有密封环.加厚,无接箍连接NK-SL:加厚,无接箍连接,60.3-73油管:每英寸牙数：6牙螺纹参数：承载面角度：6°；导向面角度：6°,螺纹锥度：1：16NK2SC特殊扣：内微加厚带螺纹接箍接头.NK-EL特殊扣改进型套管127--273.1,油管60.3-114.3NK-FJ:外平接头套管,适用于尾管接头,114.3-196.9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。螺纹锥度：1：16每英寸牙数：6牙NK-FJ1:管端微加厚NK-FJ2:不加厚NKHW:适用于厚壁的尾管接头,生产层套管,回接套管.承载面角度：-3°；导向面角度：30°螺纹牙顶平行于管子轴线，易对扣。螺纹锥度：1：8每英寸牙数：5牙127-355.6NK-HW:母端加厚,公端不加厚的整体接头NK-HW-C:不加厚带接箍1.4NSCC特殊扣由日本新日铁公司开发。见图4a.螺纹牙形b.密封形式图4NSCC特殊扣的接头形式螺纹参数：与APIBC相同。密封形式：锥面对锥面1:10，面接触，90°双内扭矩台肩。表面处理：接箍镀锌或镀铜。1.5SEC特殊扣由阿根廷世特佳公司开发。见图5a.螺纹牙形b.密封形式螺纹参数：与APIBC相同。密封形式：锥面对锥面，面密封，SEC特殊扣的接头形式套管为-15°内扭矩台肩，油管为-20°内扭矩台肩。表面处理：内、外螺纹磷化。1.6VAM特殊扣由法国瓦鲁瑞克公司开发，其应用最广泛，使用量在各类特殊扣中居首位。见图6螺纹类型：APIBC密封形式：采用锥面对锥面的主密封形式和-15°反向台肩的辅助密封形式。其特点是易于加工，简单实用，性能可靠。图6VAM特殊扣的接头形式注：（1）NEWVAM由法国瓦鲁瑞克公司开发并形成系列，还有VAMACE、VAMS、VAMHW，可适应不同服役条件的要求。日本住友金属公司等购买了此类特殊扣技术的使用权。（2）VAMTOP由法国瓦鲁瑞克公司与德国曼内斯曼公司联合开发，性能优良，目前属高品质的特殊扣。。1.7BDS特殊扣由德国曼内斯曼公司开发，见图7螺纹类型：APIBC。密封形式：反角15°扭矩台肩，锥面与球面密封。图7BDS特殊扣的接头形式奥钢联VAGT套管螺纹：套管VAGT扣，是奥钢联设计并持有专利的一种专用于气井的特殊气密性螺纹。它在API的标准上做出了一定改进，具有气密性强，承压能力高的特点，是目前应用于天然气生产套管中的新型螺纹之一。1.8FOX特殊扣由日本川崎公司开发，见图8图8FOX特殊扣的接头形式螺纹类型及参数：APIBC。密封形式：球面对端面反向角扭矩台肩，螺纹前端螺距取正偏差，中部为0，后端为负，螺纹旋合后愈拧愈紧。1.9TWOSTEP系列特殊扣美国Hydril公司和Hunting公司及阿根廷的Siderca公司均分别研制开发了双台阶的特殊扣，有的用于平端油套管，有的用于加厚油管；抗扭矩的辅助密封台肩有的采用直角形式，有的采用反向角形式。见图9内螺纹外螺纹图9TWOSTEP特殊扣的接头形式1.10其它比较典型的特殊扣在上述特殊扣油井管之外，还有形形色色其它类型的特殊扣，比较典型且形成系列的有美国Hunting公司的HDSeal－lock、法国与德国合资的V＆M公司的NEWVAM、阿根廷AtlasBradford的ST及美国Hydril公司的TAPES－500等特殊扣产品。这些成系列的特殊扣油井管可适用于不同井况，满足不同的使用要求。图10为AB的ST-L锯齿形特殊扣，类似的有VAM的ACE型，但其导向面角为10°，承载面角为-3°。图10ABST-L锯齿形特殊扣图11Hydril的楔形特殊扣此类螺纹一般用于直连型加厚油管或小套管。图11为Hydril公司500系列的501、521、533和563等类型特殊扣采用的楔形螺纹，其抗弯曲、抗滑脱能力强，多用于水平井等油气井中，亦可用于生产膨胀管。目前，世界各国设计开发的油井管特殊扣主要系列有以下四大类：V＆M:VAM,NEWVAM,VAMTM,VAMACE,VAMFJL,VAMPRO,VAMHWST,VAMSLIJ-II,VAMTOP,VAMTOPHC，VAMTOPHT,VAMTOPFEVAMMUSYT,BIGOMEGA,MIDOMEGAHydril:MAC,MACII,CSPH－6,PH－4,SuPromeLX,TYPES500:501.503.511.521.533.561.563Hunting:HDlock－IT,TS－HD,TS－HP,CONVERTIBLE,Seal－lock系列：TKC,MMS,HT,HC,SF,BOSS,FGL,MMSFGL,FLUSHAPEX等Tenaris:SEC(siderica),ANTARES（dalmine）,PJD（dalmine），FL-IS,ST-L,TC-II，NJO(atlasbladford),NK3SB,NK2SC,NKL,NKSL(nkk),FOX(kawaaskiandhunting).2特殊扣油井管的特点各国、各公司特殊扣油井管的设计尽管种类繁多，形状各异，但其基本形式大体相同，主要都是为了提高管柱的连接强度和密封性能。2、1一般来讲，多数的特殊扣油井管的接头都是分为三个部分：连接螺纹部分、抗扭矩台肩部分和密封面部分；2.2大多数特殊扣油井管的连接螺纹部分都采用API偏梯形螺纹，旨在提高螺纹旋合部分的互换性。只有少数特殊扣油井管采用几何形状各异的结构形式；如VAMACE的锯齿形扣和HydrilSeries500系列的楔形扣等。不过，随着钻井工aa艺技术和管加工技术的不断发展，此类螺纹牙形变化的特殊扣有着逐步扩大的趋势和较好的发展前景。2.3抗扭矩台肩大多设计为反向的，以利于在套管旋合后使台肩锁住管端，不致因管端受到周向收缩力而缩径，降低密封面的接触应力。同时台肩也起辅助密封作用和抗过扭矩作用。2.4特殊扣的主密封形式不外乎以下几种：A球面对锥面密封；B球面对圆柱面密封；C锥面对锥面密封；D圆柱面对圆柱面密封等；E台肩对台肩密封。3特殊扣油井管的优点：特殊扣油井管在其使用的初期，大多是针对不同的油田、不同的区块、不同的井况而设计的，具有浓厚的“个性化”色彩。但随着井况条件的日益复杂，管材服役条件更加苛刻，国外各种各样的特殊扣经过油田的比较、筛选和实践考验，逐步形成10多种较为典型的、基本能满足目前各油田特殊需要的产品。虽然各种不同的特殊扣油井管产品可以满足不同井况钻采的需求，但是，其有一定的通用性，其共同优点为：3.1接头连接强度高，可以与管体等强度匹配，甚至有的高于管体，适用于深、超深井；3.2密封性能好，适用于高压气井、油井和热采井；3.3抗弯能力强，适用于斜井、大位移井、水平井；3.4上扣容易且可快速上扣，不易错扣，适用于沙漠、海洋上等恶劣环境下的钻井作业；3.5抗粘扣性能好，可以反复上卸扣而不损伤螺纹。3.6抗过扭矩能力强。3.7耐腐蚀性能好。4特殊扣油井管的应用情况：据日本住友金属公司对特定期间的统计，在43.8万吨的特殊扣供货量中，各类特殊扣专用管所占比重为：VAMBDSNSCCNK3SBFOXHydril其它56.1%7.1%3.4%5.7%1.8%7.2%18.6%目前，在国外石油专用管的产量中，超过三分之一的产品是特殊扣油井管[2]，在我国进口的油井管中，特殊扣产品占二分之一以上，而且比例会越来越高。美、日、法、德等发达国家的制造厂甚至还在研制开发新的特殊螺纹接头。特别是美国的Hydril公司、Hunting公司和法国与德国V＆M合资公司以及国际石油专用管制造的最大企业集团Tenaris公司目前基本主导着世界上特殊扣油井管研制开发的方向，占据着技术的制高点。国外油公司在地质构造复杂区块的钻采作业和海洋石油开采过程中、也包括在钻井新工艺、新技术的应用中，都大量设计和使用特殊扣油井管，以提高工程的安全性、可靠性和油井的开采寿命。特别是在超深井、高压油气井、斜井、水平井、热采井等开采难度较大的井况中，大都采用各种类型的特殊扣油井管。钻井新技术的发展也大大促进了各油田对特殊扣油井管的使用。我国各油田大多都使用过特殊扣油井管，特别是在大位移井、超深井、高压油气井、稠油热采井和腐蚀比较严重的油气井等的钻采作业中，前些年各油田分别使用过日本的NSCC、NK3SB、TM等，法国的VAM,德国的BDS,阿根廷的SEC特殊扣油井管，5结束语国内特殊扣油井管的设计和生产早在10多年前就已经开始，但是，当时大多是模仿国外的产品。近几年来，随着我国西部多个油气田的开发和西气东输项目战略计划的实施，西部石油天然气的钻采工程量日益增大，而井况条件却越来越差，对油井管的要求则越来越高。为了填补国内空白，替代国外产品，我国生产油井管的大型骨干企业也都逐步加大了设计和生产较为先进的特殊扣油井管的力度。如宝钢开发了BDS和TDS等特殊扣，天钢则与长庆油田联合开发了TP－CQ特殊扣，无锡西姆莱斯也开发出了WSP－1和WSP－2特殊扣，沧州管材也开发了名为SBS的特殊扣，其他一些管加工厂也在努力研制开发不同类型的特殊扣产品，以求在未来油井管的市场上能占有一席之地。但是，特殊扣油井管是一种技术含量很高、加工难度很大、质量要求很严、理论和实践性都很强的产品，需要每