稠油熱采井套管短接滲漏分析及改進措施

劉正時

（勝利油田勝機石油裝備有限公司，山東 東營 257000）

一、關(guān)于套管短接泄漏問題

套管螺紋套管短圓螺紋（STC）、套管長圓螺紋(LC)、偏梯形套管螺紋(BC)，其中套管短圓螺紋與套管長圓螺紋牙型一致，有效螺紋長度不同，統(tǒng)稱套管圓螺紋，主要牙型及上緊位置可參閱標準GB/T9253.2《石油天然氣工業(yè)油管、套管和管線管螺紋的加工、測量和檢驗》。

由于新春公司所使用的油層套管為7”偏梯形套管螺紋和7”套管長圓螺紋兩種螺紋結(jié)構(gòu)，通過標準結(jié)合加工使用經(jīng)驗，針對油井注汽過程中出現(xiàn)的問題，我們對這兩種套管螺紋進行以下6方面的對比分析：

（一）材料的熱膨脹對比分析：

由標準API spec 5CT《套管和油管規(guī)范》中得知，套管的鋼級和材料的化學成分及機械性能有關(guān)，根據(jù)《金屬材料熱力學》分析材料的熱膨脹系數(shù)如下：

物體由于溫度改變而有脹縮現(xiàn)象。其變化能力以等壓(p一定)下，單位溫度變化所導(dǎo)致的體積變化，即熱膨脹系數(shù)。

熱膨脹系數(shù)α=ΔV/(V*ΔT).

式中ΔV為所給溫度變化ΔT下物體體積的改變，V為物體體積

嚴格說來，上式只是溫度變化范圍不大時的微分定義式的差分近似；準確定義要求ΔV與ΔT無限微小，這也意味著，熱膨脹系數(shù)在較大的溫度區(qū)間內(nèi)通常不是常量。

溫度變化不是很大時，α就成了常量，利用它，可以把固體和液體體積膨脹表示如下：

Vt=V0(1+3αΔT)；

線膨脹系數(shù)：單位溫度改變下長度的增加量與的原長度的比值；直接將線膨脹系數(shù)乘以3，近似為體積膨脹系數(shù)。無論是碳鋼還是鉻鋼，其線膨脹系數(shù)在同一溫度條件下變化差別很小，相對于作業(yè)過程中對套管短接及接箍的損傷可以忽略不計。

（二）加工工藝性的對比：

螺紋的加工方法主要為左右切削法，通過對偏梯形套管螺紋加工刀片與套管圓螺紋加工刀片進行對比，在切削過程中，偏梯形套管螺紋的切削面要遠遠大于圓螺紋的切削面，造成切削力增加，同時刀具的磨損增加，很容易造成螺紋的撕裂與刀痕現(xiàn)象，并且隨著刀具的不同程度的磨損，加工出來的牙型也有所不同，所以說偏梯形套管螺紋的加工難度要遠大于套管圓螺紋的加工難度。

（三）加工精度及密封性能的對比：

偏梯形套管螺紋直徑上錐度為62.5mm/m，每25.4mm5牙螺紋（螺距為5.08mm）；導(dǎo)向牙側(cè)面與螺紋軸線的垂線間的夾角為10°；承載側(cè)面與螺紋軸線的垂線間的夾角為3°；牙頂和牙底為錐形，與螺紋錐度平行；導(dǎo)向側(cè)面牙頂?shù)膱A角半徑（0.762mm R）比承載側(cè)面牙頂?shù)膱A角半徑（0.203mm R）大，這有助于對扣和上扣。旋緊時，由于螺紋是全牙型配合，螺紋牙頂?shù)窖赖字g的最大間隙為0.051mm。所以在機加工過程中，機床本身的誤差及刀具的磨損，很容易造成接頭螺紋部件連接過程中螺紋側(cè)面受力，使密封性降低。

套管圓螺紋為無臺肩錐管螺紋，牙型為三角形、圓頂圓底，牙形角為60°，螺紋錐度為1：16，牙形角平分線與軸線垂直。當螺紋旋緊后，靠內(nèi)外螺紋的牙側(cè)面進行密封，由于為三角形結(jié)構(gòu)，內(nèi)外螺紋的壓底與牙頂為圓弧結(jié)構(gòu)，密封結(jié)構(gòu)簡單，通過旋緊可以使內(nèi)外螺紋緊密的結(jié)合在一起，所以其密封效果好，加工過程中行為公差的控制也低于偏梯形套管螺紋。

（四）檢測方法及手段的對比：

偏梯形套管螺紋與套管圓螺紋檢測項目基本相同，只是需要的檢測設(shè)備有所不同，API spec 5B《油管、套管和管線管螺紋的加工、測量和檢驗規(guī)范》中對螺紋質(zhì)量的控制指標多達十余項，螺紋單項參數(shù)如錐度、螺距、齒高、牙型角等可以借助于螺紋單項參數(shù)測量儀進行測量，測量結(jié)果很直觀，不需要進行數(shù)據(jù)處理，也不易出錯。（五）偏梯形套管螺紋與套管圓螺紋優(yōu)缺點的對比

偏梯形螺紋具有3度承載牙側(cè)面和10度引導(dǎo)牙側(cè)面，所以能夠承受足夠大的拉伸或壓縮載荷。特別是3度承載牙側(cè)面使套管螺紋具有足夠的抗拉強度，但由于其牙型及密封方式的影響，密封性較低，在一定外力作用下，其抗氣密封壓力將進一步降低。

（六）安裝過程的對比：

在安裝過程中，偏梯形套管螺紋相對于套管圓螺紋安裝要求高，偏梯形套管螺紋必須將絲扣表面擦拭干凈，涂密封脂，并且絲扣表面任何位置不得有損傷現(xiàn)象，同時注意不得使其受到徑向載荷；

二、套管現(xiàn)場應(yīng)用調(diào)研

（一）勝利油田濱南采油廠熱采井比較多，具體結(jié)構(gòu)為單注單抽，無光桿注汽，井口底法蘭螺紋為套管長圓螺紋，套管大部分選用的是長圓螺紋套管，同時，也采用有偏梯形套管，通過使用過程中現(xiàn)場調(diào)查，在注汽時，偏梯形套管螺紋的滲漏幾率要比長圓螺紋的滲漏幾率大，同時也發(fā)生過滲漏現(xiàn)象，解決方法為作業(yè)時更換或者焊接。

（二）新疆油田公司大部分井為稠油熱采井，經(jīng)過與其結(jié)合得知，其注汽壓力比較低，壓力為6~8MPa，注汽溫度為280℃左右，管網(wǎng)注汽，由于偏梯形螺紋密封難度大，現(xiàn)在用的石油生產(chǎn)井套管螺紋在強度允許的情況下都改為長圓螺紋。

三、關(guān)于油井井口套管連接處滲漏的整改建議

（一）作業(yè)更換：針對更換套管短接的問題，使用專用工裝，輔助O型套管抱鉗，可將套管接箍、短接及井口分離，降低作業(yè)難度及強度；

（二）現(xiàn)場焊接：現(xiàn)場把套管短接和套管接箍焊接成一體，根據(jù)材料焊接要求，制定相應(yīng)的焊接工藝流程，保證使用壽命及周期；

四、應(yīng)用偏梯形套管措施建議

根據(jù)套管鋼級和油井參數(shù)，也可使用偏梯形套管螺紋。

（一）配套管短接前，每批套管中選擇兩個對接箍螺紋用單項儀進行檢測，根據(jù)套管牙型及緊密距配專用套管短接；

（二）安裝時因無法使用機緊方式上緊，可用下法蘭輔助工裝配合O型抱鉗分別對套管接箍螺紋及上法蘭螺紋分別上緊，比轉(zhuǎn)動下法蘭同時上緊底法蘭套管螺紋與偏梯形螺紋的上緊扭矩大，可有效提高其密封性能。