淺析偏梯形螺紋套管基本手緊上扣位置檢驗的重要性

向紅賓，余建軍

（新疆石油管理局有限公司物資供應總公司，新疆烏魯木齊830068）

1 概述

在當今的石油鉆井工藝中，單井深度越來越大，而對井壁起支撐作用的石油專用管材——套管（下入井中、支撐井壁的帶有螺紋的管子）的要求也越來越高，這些要求通常都體現在鋼級、抗拉強度、抗壓、抗擠毀等指標上。顯而易見，指標越高，成本也就越高。而在高成本的壓力下，相同材質下，連接管柱的螺紋就成為降低成本的最為可行、最為經濟的突破口。所以，偏梯形螺紋脫穎而出，已經取代圓螺紋成為當今鉆井工藝中運用最為廣泛的螺紋。偏梯形套管的連接強度高，下井速度快，是它最大的優勢，而這種優勢最終都體現在了接箍（接箍用于連接兩根帶螺紋的管子并具有內螺紋的圓筒體）對管子的連接上，如何檢驗管子的連接強度是否達標，基本手緊上扣位置的檢驗就顯得尤為重要了。因為基本手機上扣位置一旦未達標，基本機緊上扣位置就不會在要求的范圍內，連接強度將會無法滿足設計要求，嚴重的會發生脫扣事故，給企業帶了巨大的損失。

2 偏梯形螺紋套管規格介紹及計算公式

我國從1986年正式采用等同API（美國石油學會）標準的YB/T和GB3303系列標準生產油井管，此后API標準成了石油行業的主要引用標準，如采用API SPEC 5B（全稱：API SPEC 5B套管、油管和管線管螺紋的加工、測量和檢驗規范）對套管、油管螺紋進行檢驗，在檢驗過程中對API 5B有了進一步的認識和理解，特別是新版16版5B中圖1偏梯形套管螺紋手緊上扣基本尺寸圖，見圖1。

在API-5B第15版及以前的版本中此圖是圖5，而在2019年7月1日更新到了第16版此圖則越過管線管和圓螺紋尺寸、手緊上扣基本尺寸圖，升到了圖1這個重中之重的位置，這也和偏梯形螺紋的特點易對扣、上扣快、承受大扭矩、抗拉強度高而使鉆井現場大量使用偏梯形套管有直接的關系，從而要求石油專用管生產廠、石油鉆井隊和套管隊的廣大從業者重點學習和熟練掌握。

API偏梯形螺紋套管機緊連接方式不同于API油管及圓螺紋套管，相關標準只對API油管及圓螺紋套管推薦每一種規格的扭矩值，扭矩值的變化量為±25%，上扣后，接箍端面與螺紋消失點齊平，或者正負兩扣，此扭矩值是合理的。對API偏梯形螺紋套管沒有推薦每一種規格的扭矩值，上扣時主要是以在套管管體上距管端距離為A1處所作的等邊三角形錘印標記為參照物，通過控制接箍端面與三角形標記之間的相對位置來間接控制機緊扭矩。所以只有當基本手緊上扣位置或螺紋消失點處機緊上扣位置在規定的范圍內時，才能保證基本機緊上扣位置在范圍內而且扭矩不至于超出很大范圍，是接頭螺紋連接強度得到保證的最后屏障。

API偏梯形螺紋(英文簡寫BC)為5牙/in（螺距5.08mm）,不同于圓螺紋的8牙/in(螺距3.175mm)，牙型高度0.062in（1.57mm），承載牙側角為3°可使螺紋在高拉伸載荷下具有高抗拉強度，導向牙側角為10°可使螺紋承受高軸向壓縮應力。牙型為偏梯形、平頂平底，而且牙頂有圓弧。10°牙側牙頂圓弧半徑大于3°牙側牙頂圓弧半徑，有利于螺紋旋合，上扣時，螺紋是全牙型配合，螺紋牙頂到牙底之間的最大間隙為0.051mm使用合適的螺紋脂或鍍層（或者兩者）是保證螺紋泄露抗力的一種手段。

上緊三角形標記：是一個等邊三角形，高度為0.375in(9.52mm)，錘壓在距管端A1處螺紋消失點附近的管體上。A1的公差范圍±0.79mm。

由圖1得下列公式：

接箍端面到三角形標記底邊的距離：

螺紋消失點處機緊上扣位置：H1=A1-L4

基本手緊上扣位置：H2=A1-L4+A

式中：A1──管端至三角形標記長度，in；

L4──管端至螺紋消失點總長度，in；

A──手緊緊密距牙數，牙；

Jn──手緊后管端至接箍中心長度，in；

J──機緊后管端至接箍中心長度，in。

在API-5B16版表5中統計各種尺寸偏梯形套管A1值、L4值、A值、Jn值、J值并按上述公式計算H1值、H2值得表1。

由表1統計：

表1 A1值、L4值、A值、H1值、H2數值表（單位：in)

螺紋消失點處機緊上扣位置——接箍端面與三角形標記的第一接觸平面距離：

規格≤13-3/8″者為0.300in（7.62mm）；

規格≥16″者為0.200in（5.08mm）。

基本手緊上扣位置——接箍端面與三角形標記的第一接觸平面距離:

規格≤4-1/2″者為0.400in（10.16mm）；

規格5″～13-3/8″者為0.500in（12.7mm）；

規格≥16″者為0.375in（9.525mm）。

螺紋消失點處機緊上扣位置——接箍端面與三角形標記頂點接觸平面距離：

規格≤13-3/8″者為0.675in（17.145mm）；

規格≥16″者為0.575in（14.605mm）。

基本手緊上扣位置——接箍端面與三角形標記頂點接觸平面距離:

規格≤4-1/2″者為0.775in（19.685mm）；

規格5″～13-3/8″者為0.875in（22.225mm）；

規格≥16″者為0.750in（19.05mm）。

考慮塞規對接箍端面或內螺紋端面的緊密距A的公差為：0～-1/2″P(P為螺距牙)

螺紋消失點處機緊上扣位置——接箍端面與三角形標記頂點的距離范圍：

規 格≤13-3/8″者 為0.575～0.675in（14.605～17.145mm）；

規格≥16″者為0.475～0.575in（12.065～14.605mm）。

基本手緊上扣位置——接箍端面與三角形標記頂點的距離范圍：

規 格≤4-1/2″者 為0.675～0.775in（17.145～19.685mm）；

規格5″～13-3/8″者為0.775～0.875in(19.685～22.225mm)；

規格≥16″者為0.650～0.750in (16.51～19.05mm)。

基本機緊上扣位置很多論述都已確定（圖1）:接箍進入三角形標記底邊的前一牙，為最小機緊；進到三角形標記頂點為最大機緊上扣。以三角形底邊為參照物：則公差范圍（+5.08～-9.525mm），以三角形頂點為參照物：則接箍端面到三角形頂點距離公差范圍（0～14.61mm）。

以前檢驗只側重重點檢驗緊密距和單項螺紋參數（螺距、齒高、齒頂高、錐度、中經、螺紋頂徑、橢圓度、齒厚）檢驗部分，忽視了一根偏梯形螺紋石油專用管，從螺紋加工一直到下入井中，除了緊密距和單項螺紋參數檢驗之外，還有基本手緊上扣位置、螺紋消失點處機緊上扣位置和基本機緊上扣位置的檢驗，由于上扣時不好觀察和測量管端手緊平面、管端機緊平面，只要觀察和測量基本手緊上扣位置、基本機緊上扣位置在范圍內，就能保證管端手緊平面位置、管端機緊平面位置合格。因為管端手緊平面-管端機緊平面=Jn-J=H2就是基本手緊上扣位置：接箍端面到三角形標記底邊的距離。

工廠端（在工廠與接箍連接的外螺紋端）用手上緊、現場端（不帶接箍的管子外螺紋端）井隊在管架或地面坡道手工連接下井工具、儀器如浮箍、浮鞋、轉換接頭、標節、封隔器等手緊上扣位置檢驗。

工廠端擰扣機高速檔上扣、有的井隊在井場地面管架用鏈鉗、管鉗手工接雙根，鉆井平臺下套管作業套管鉗高速檔上扣（以前井隊用旋繩上扣）等螺紋消失點處機緊上扣位置檢驗，是下井套管全部產品螺紋質量合格與否最有效的檢驗，也是專用管螺紋的最后無損檢驗。

如果基本手緊上扣位置和螺紋消失點處機緊上扣位置檢測數據在范圍之內則繼續進行下一步操作，就能保證工廠端擰扣機低速檔擰緊、井隊鉆井平臺套管鉗低速檔擰緊（或大鉗拉緊）后，接箍端面與三角形上扣標記之間的位置在基本機緊上扣位置范圍內。

如果基本手緊上扣位置和螺紋消失點處機緊上扣位置檢測數據不在范圍之內則還可以無損卸開，檢查內外螺紋是否合格、有無損傷，螺紋密封脂有無異物，如果螺紋密封脂有異物，重新涂覆合格密封脂，重新上述操作。如果螺紋不合格或有損傷，則可以在無損情況下更換一根套管或接箍繼續上述操作。避免在基本手緊上扣位置和螺紋消失點處機緊上扣位置檢測數據不在范圍之內繼續機緊上扣，發生螺紋粘扣、撕裂、滑脫以及接頭應力開裂等事故，保證專用管之間的螺紋連接能達到設計抗拉強度、良好的密封性、可靠的互換性和較長的使用壽命，確保在井下復雜的受力條件下下套管、固井、試油以及采油施工安全。

2017年8月8日某管子站向我質檢站報檢一批修復更換接箍的套管244.5mm×11.05mm P110 BC共計120支，在檢驗現場全部做完緊密距及單項螺紋參數檢驗合格之后，本批套管被判拒收。

拒收原因：①發現這批管子工廠端沒有錘印上扣三角形標記；②通過計算機緊上扣位置=(A1+9.52)-(N-NJ)(單位:mm），接箍端面到管子端面距離均不在基本機緊上扣位置（以三角形頂點為參照物）公差范圍（0～14.61mm）之內。

事故分析：①管子站加工好管端偏梯形螺紋后沒有錘印上扣三角形標記；②操作人員對偏梯形螺紋基本手緊上扣位置、螺紋消失點處機緊上扣位置和基本機緊上扣位置沒有清晰的認識，根據《GB/T 18052-2000套管、油管和管線管螺紋的測量和檢驗方法》中5.3.1.1三角形標記位置和5.3.1.2接箍機緊的要求，檢測接箍端面到管子端面的距離NJ和接箍長度N，公式NJ=(N-A1)（+5.08，-9.52）mm,推導出機緊上扣位置=(A1+9.52)-(N-NJ)(單位:mm），均在螺紋消失點處機緊上扣位置——接箍端面與三角形標記頂點的距離范圍：規 格≤13-3/8″者 為0.575～0.675in（14.605～17.145mm）之內；③在擰扣機上扣時沒有開電腦監控扭矩儀；④沒有測量管子端面到接箍端面的距離，只使用高速檔上扣至螺紋消失點（8牙圓螺紋上扣標志），沒有進行下一步使用低速檔擰緊至基本機緊上扣位置。

3 結論

（1）正確理解偏梯形螺紋和圓螺紋上扣位置：圓螺紋套管在推薦的扭矩范圍內接箍端面與螺紋消失點處齊平，而偏梯形螺紋套管接箍端面與螺紋消失點處齊平，只是螺紋消失點處機緊上扣位置，還要繼續機緊至基本機緊上扣位置──接箍端面與上扣三角形標記頂點距離范圍0～14.61mm為合格。

（2）準確判斷基本手緊上扣位置、螺紋消失點處機緊上扣位置和基本機緊上扣位置三者之間的關系：基本手緊上扣位置、螺紋消失點處機緊上扣位置是最后一次螺紋無損檢驗，是基本機緊上扣到位的保證。