国外特殊扣的主要类型及其主要特点.docx

1、国外特殊扣的主要类型及其主要特点国外特殊扣的主要类型及其主要特点 Final revision by standardization team on December 10,2020.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

2、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API STC、API LC 和 API BC 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。TM 特殊扣 由日本

3、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 API BC 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。SM-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 2 SE-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：（API BC 为）锥度：1：表面处理：镀锌。1.3NK3SB特殊扣 由日本

4、钢管公司（NKK）开发。见图 3 a.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。NK3SBSS 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/；6牙/;螺纹锥度：1：8/;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：

5、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：1：16 NK EL-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,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：1：16 NK2SC 特殊扣：内微加厚带螺纹接箍接头.NK-EL特殊扣改进型套管,油管外平接头套管,适用于尾管接头,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 NK HW:适用于厚壁的尾管接头,生产层套管,回

6、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 NK-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 4 a.螺纹牙形 b.密封形式 图 4 NSCC 特殊扣的接头形式 螺纹参数：与 API BC 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 5 a.螺纹牙形 b.密封形式 螺纹参数：与 API BC 相同。密封形式：锥面对锥面，面密封，SEC 特殊扣的接头形式套

7、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：API BC 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 6 VAM 特殊扣的接头形式 注：（1）NEW VAM 由法国瓦鲁瑞克公司开发并形成系列，还有 VAM ACE、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）VAM TOP 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，

8、目前属高品质的特殊扣。BDS 特殊扣 由德国曼内斯曼公司开发，见图 7 螺纹类型：API BC。密封形式：反角 15 扭矩台肩，锥面与球面密封。图 7 BDS 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。FOX特殊扣 由日本川崎公司 开发，见图 8 图 8 FOX特殊扣的接头形式 螺纹类型及参数：API BC。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。T

9、WO STEP 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 9 TWO STEP 特殊扣的接头形式 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 HD Seallock、法国与德国合资的 VM 公司的NEWVAM、阿根廷 Atlas Bradford 的 ST及美国 Hydril 公司的 TAPES500 等特殊扣产

10、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 10 ABST-L 锯齿形特殊扣 图 11 Hydril 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：VM:VAM,NEWVAM,VAMTM,VAMACE,VAMFJL,

11、VAMPRO,VAMHWST,VAMSLIJ-II,VAMTOP,VAMTOP HC，VAMTOP HT,VAMTOP FE VAMMUSYT,BIG OMEGA,MID OMEGA Hydril:MAC,MAC ,CS PH6,PH4,SuProme LX,TYPES 500:501.503.511.521.533.561.563 Hunting:HD lockIT,TSHD,TSHP,CONVERTIBLE,Seallock系列：TKC,MMS,HT,HC,SF,BOSS,FGL,MMSFGL,FLUSH APEX等 Tenaris:SEC(siderica),ANTARES（dalmin

12、e）,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；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 VAM AC

13、E的锯齿形扣和 Hydril Series500 系列的楔形扣等。不过，随着钻井工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。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。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

14、。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：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；密封性能好，适用于高压气井、油井和热采井；抗弯能力强，适用于斜井、大位移井、水平井；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；抗粘扣性能好，可以反复上卸扣而不损伤螺纹。抗过扭矩能力强。耐腐蚀性能好。4 特殊扣油井管的应用情况：据

15、日本住友金属公司对特定期间的统计，在万吨的特殊扣供货量中，各类特殊扣专用管所占比重为：VAM BDS NSCC NK3SB FOX Hydril 其它%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 VM 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

16、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

17、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 TPCQ特殊扣，无锡西姆莱斯也开发出了 WSP1和 WSP2 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

18、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，需要每一支管子的加工都更要精雕细刻，要一丝不苟。而且，特殊扣的设计要有一定基础，积累和摸索一定的经验，有自己的”NOWHOW”,还要经过大量的计算，经过有限元分析，并经过各类条件非常苛刻的实物评价试验验证才能在油田使用。同时，在下井试验取得成功后，才有希望扩大使用。因为西部油气田钻采成本的日益提高，使得油田在使用油井管时更加谨慎。所以，国产特殊扣油井管的推广和使用还有比较长的路子需要走。在这种情况下，国内主要的、有实力的油井管制造厂应当与大专院校、科研院所和同行业厂家携手合作，加大投入，潜心研究，努力创新，真正研制开发出具有自主知识产权、带有“个性化色彩”的、能够形成中国品牌效应的特殊扣油井管新产品。参考文献：（1）美国 API SPEC 5B 套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验规范 石油工业出版社 北京 1997（2）李鹤林等着 石油管工程 石油工业出版社 北京 1999 P5 (3)杜晓瑞等着 钻井工具手册 石油工业出版社 北京 2000 P208-212