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修複油（yóu）管脫扣原因分析及預防措施

2017-12-7 來源：中國石油（yóu）集團石油管工程塔裏木油田作者：龍岩李岩李小瑞黃臘（là）梅（méi）等

摘要: 針（zhēn）對兩（liǎng）起 Φ73． 02 mm × 5． 51 mm NU 修複油管脫扣事故案例（lì），對修複油管脫扣原因進行（háng）係統分（fèn）析。分析表明，無鋼級分選、螺紋加工精（jīng）度低與上扣質量差是導致修（xiū）複（fù）油管（guǎn）脫扣的主要原因。同時，從廠（chǎng）家修複及現場操作方麵提出了相關的預防措施，以避免再次發生此（cǐ）類油管脫扣（kòu）事故，保障油（yóu）田生產安全。

關鍵詞: 修複油管（guǎn）; 螺紋加工; 脫（tuō）扣

0 引言

油管作（zuò）為（wéi）井下（xià）輸送介質的通道，由於（yú）其在服役過程中（zhōng）受介質（zhì）環境、自重、內壓、溫度、彎曲載荷、抽油係統交（jiāo）變載荷等因素的影響，管體及接頭可能存在不同程度（dù）的損傷，應根據實際情況對服役油管進行檢測修（xiū）複，提高（gāo）舊油管的使用壽命（mìng）［1，2］。油管修複是保障油田生產安全的重要手段，也是實現降本增效目標的有效措施。螺紋接頭修複是油管修複工藝中的重要環節，API螺紋由於（yú）加工成本低、互換性好，在修複油管中被廣（guǎng）泛（fàn）使（shǐ）用。近年來，API 螺紋接頭修複油管脫扣事故時有發生，油管脫扣後，需對事故井（jǐng）停產，進行油管打撈、檢測、修複及更換管柱作業，影響油田正常（cháng）生產經營，造成巨大（dà）經濟損失。

本文結合兩起 Φ73． 02 mm × 5． 51 mm NU修複油管 API 螺紋接頭脫扣事故案例，對修複油管脫扣原因進行綜合分析，並提出相關（guān）預防措施，以避免類似脫扣（kòu）事故再（zài）次發生。

1 、修複油管脫扣失效案例

1． 1 案例一

2014 年 4 月，某井在進行檢抽作（zuò）業時（shí），Φ73． 02 mm× 5． 51 mm N80 NU 修複油管接頭現場端脫扣。脫扣螺紋存在明顯粘扣現象，如圖 1( a) 所示; 對該油管現場端螺紋上扣痕跡觀察後發現，外螺紋有 2 扣完整扣與 1 扣未（wèi）完整扣裸露在接箍外，如圖 1( b) 所示。該油管脫（tuō）扣原因為現場高速上（shàng）扣導（dǎo）致粘扣，上扣扭矩不足導致上扣不到位。

圖 1 脫扣油（yóu）管接頭宏觀形貌

1． 2 案例二

除現場上扣端脫扣事故，近（jìn）年來修複油管工廠端脫扣事故也時有發生（shēng）。2015 年 9 月，某井進行壓井作業時（shí），Φ73． 02 mm × 5． 51 mm N80 NU 修複油管（guǎn）接頭工廠端脫扣，該油管自修複後下井至失效曆時僅 9 天，油管修複質量存在嚴重問題。

圖 2( a) 為脫扣油管上扣位置圖，可見脫扣工廠端上（shàng）扣至 16 ～ 17 扣，相鄰（lín）現場端上扣（kòu）至 16扣，兩端均未見外露扣; 工（gōng）廠端（duān）外螺紋小端有明顯（xiǎn）粘（zhān）扣痕跡，如圖 2( b) 所示。該油管脫扣主要原因為修複廠家（jiā）上扣（kòu）時（shí）螺紋粘扣。

圖 2 脫（tuō）扣油管接頭宏觀形貌

2 、脫扣原因（yīn）綜合分（fèn）析

從以上（shàng）失效案例可以看出，廠家修複質量和現（xiàn）場操作是影響修複油管使用性能的重（chóng）要因素。修複油管由於長期流轉修複、使用（yòng），其脫扣原因通常與材質、螺紋加工和（hé）上扣質量（liàng）有關。

2． 1 無材質分（fèn）選環節

舊油管在初選分（fèn）類時，修複（fù）廠家應確定油管原始鋼級，並按鋼級進行標識、分類碼放，但在實際修（xiū）複過程（chéng）中，誤標（biāo）鋼級甚至錯用新（xīn）接箍現象普遍存在。根據修複廠家提供數據，上述兩起失效案例中脫扣油管及接箍均為 N80 鋼級，並（bìng）按照 N80 推薦扭矩上扣。

表 1 為案例一脫扣油管及接箍拉伸試驗結果，試驗（yàn）結果（guǒ）表明脫扣油（yóu）管及（jí）接箍拉伸性（xìng）能不滿足（zú） API Spec 5CT 對 N80 鋼（gāng）級要求，而滿足（zú） P110 鋼級要求，說明修複廠家對油管及接箍鋼級誤標。

案例（lì）一中（zhōng）油管上扣不到（dào）位（wèi）是導致油管脫扣的重要原因，P110 鋼級油管的推薦上扣扭（niǔ）矩（jǔ）高於 N80 鋼級，由於廠家（jiā）對鋼（gāng）級誤標，作業隊在現場上扣時采用廠（chǎng）家推薦（jiàn）的 N80

鋼級上扣（kòu）扭矩進行上扣，是導致上扣不到位的（de）根本原因。

表 2 為案例二脫扣油管及接箍拉伸試驗結果，試驗（yàn）結果表明脫扣接箍（gū）拉伸性能不滿足 API Spec 5CT 對 N80鋼級要（yào）求，而滿（mǎn）足 P110 鋼級要求，說明修複廠家對接箍鋼級誤標。由於 API Spec 5CT 允許低鋼級油管連（lián）接高鋼級接箍，工廠上扣時采用油管鋼級（jí）推薦扭矩上扣仍然能滿足（zú）上扣要求，因（yīn）此案例二脫扣（kòu）油管未存在上扣不到位現象; 但若廠家錯（cuò）用低鋼級接箍連接高鋼級油管，采用油管鋼級推薦扭（niǔ）矩（jǔ）上扣（kòu），接箍可能發（fā）生（shēng）粘扣影響螺紋連接強度。

表 1 案例一脫扣油管及接箍拉伸試驗結果

表 2 案例二脫扣油管及接箍拉伸試驗結果

調研（yán）發現，部分修複廠家為節約成本，無（wú）鋼級分選（xuǎn）環節，對於不可確（què）定鋼級但明確同（tóng）批油管中最低鋼級的舊油管（guǎn），廠家一律降級至最低鋼級標準進行修複，更換（huàn）的接（jiē）箍鋼級同油管所降鋼級一致。修複油管因原始鋼級未知而降級（jí）修複會（huì）存在兩種情（qíng）況，即: 油管原始鋼級與降級修複鋼（gāng）級一致; 油管原始鋼級高於降級（jí）修複鋼級。

若為（wéi）第一種情況，按照油管修複鋼（gāng）級的推薦扭矩上扣，可保證油管的連接強度; 若為第二種情況，由於高（gāo）鋼級油管上扣扭矩高於低鋼級，按照油管修複鋼級推薦扭矩上扣，會造成油管上扣不到位，降低連接強（qiáng）度，極大增加油管脫扣風險。

2． 2 螺紋加工（gōng）精度低

螺紋（wén）加工（gōng）參數存在偏差、表麵（miàn）質量差會（huì）對內外螺紋匹配度及密封（fēng）性產生不利影響，嚴重時會在螺紋連接局部產生較高接觸（chù）壓力，導致螺紋粘扣甚至脫扣［3，4］。對失效案例二中（zhōng）同廠家修複油管進行螺紋檢（jiǎn）測及上卸扣試驗，結果表明部（bù）分油管修（xiū）複外螺（luó）紋（wén）接（jiē）頭緊（jǐn）密距（jù）不符合API Spec 5B 要求，上（shàng）卸扣試驗中存在粘扣現象，說明該廠家螺紋修複質（zhì）量（liàng）較差，其脫扣原因也與外螺紋緊密距和抗粘扣性能不合格有一定關係。經調研（yán）得知，部分修複廠家（jiā）沒（méi）有按照質量工藝要求配（pèi）置設備，螺紋加工（gōng）設備老舊、自（zì）動化程度低、人員技術水平（píng）較低、檢測量規精度差，螺（luó）紋加工精（jīng）度較低。

2． 3 上（shàng）扣質量差

大多數油（yóu）管（guǎn）脫扣事故與螺紋粘扣（kòu）有（yǒu）關，除螺紋加工精度外（wài），油管上扣時對扣、引扣不到（dào）位也是導致螺紋粘扣的重要因素［5］。圖 3 為案（àn）例二脫扣工廠端外螺紋金相（xiàng）照片，由金相分析可知，脫扣外螺紋起始扣開始第 1扣、第 2 扣牙頂均（jun1）偏（piān）向承（chéng）載麵，其中起始扣變形（xíng）嚴重，牙側完全嵌入牙底; 第 3 ～ 7 扣、14 ～ 16 扣牙頂變形（xíng）流線組（zǔ）織均偏向導向麵。

正常上扣情（qíng）況（kuàng）下，若油管接頭（tóu）拉脫失效，外螺（luó）紋牙型應整體偏向導向麵（miàn），與上扣方向相（xiàng）同，而該油管外螺紋小端反向變形，並不是由脫扣引起的，應為上扣操作不當造成。外螺紋損傷位置在小端，說明工廠端上扣時（shí）未按正（zhèng）確規（guī）範進行（háng）引扣操作（zuò）。工廠端引扣不到位，螺紋未正（zhèng）常（cháng）齧合，外螺紋小端造成嚴重損傷粘扣，進而導致內外螺紋齧合的匹配性變差，承載能（néng）力隨之降低。

圖 3 脫（tuō）扣油管外螺紋金相照片

此外，上扣速度過快會對螺紋（wén）齧合麵產生衝擊載荷，容易損傷螺紋（wén），導致粘扣錯扣。API ＲP 5C1 對油管上卸扣速度有嚴（yán）格（gé）規定，以防止快速上扣對螺（luó）紋造成損傷。上（shàng）扣扭矩曲線是追溯油管（guǎn）上扣質量的重要數據，調研（yán）發現，個別修複廠家未能提供詳實上扣扭矩曲線，上扣時存在高速上扣現（xiàn）象。修複油（yóu）管在現場使用過程中也存在較嚴（yán）重上扣質量問題，作業隊存在上扣時不使用對扣、引（yǐn）扣鉗和扭（niǔ）矩儀等設備現象。目前絕大多數現場（chǎng）上扣端脫扣事故與現場上扣操作（zuò）不當有關，案例一中螺紋存在粘扣現象即為現場高速上扣所致。修複油（yóu）管因使用條件限（xiàn）製，多服役於低壓（yā）井、注水井、注氣井等，作業隊往往對此類工況作業重視程度不足，易出現操作不規範現象。

3 、預（yù）防措施

3． 1 明（míng）確（què）油管鋼（gāng）級

油管（guǎn）修複涉及（jí）多（duō）項工藝，如初選、校直、清洗、探傷（shāng）、試（shì）壓、螺紋加工、換（huàn）接箍、檢驗及儲（chǔ）存運輸等［6］。舊油管修複前鋼級標識不清（qīng），是影響油管修複質量的突出問題。現有油（yóu）管（guǎn）修複執（zhí）行標準 Q/SH 0180 － 2008《油管修複質量要求》、Q/SH 1020 0380 － 2007《油管修複生產線設備技術條件》對舊油管修複工藝有明確要（yào）求，油管所換接箍鋼級材質應與管體相（xiàng）同，並（bìng）按照推薦扭矩上扣，即對舊（jiù）油管原始鋼（gāng）級進行判定。

修複廠家應嚴格管理（lǐ）修複流程，按照標準要求進行修複; 對於多次周轉使用油管，可通過表麵硬度儀、渦流分析（xī）儀等設備進行鋼級、材質區分，無法確定鋼級、材質的（de），應放大判廢標準。回（huí）收（shōu）區油管應按鋼級、材質（zhì）、規（guī）格分選（xuǎn）存放（fàng），完成（chéng）每道工序後應做好標識、記（jì）錄（lù）。

3． 2 提高螺紋（wén）加工精度

修複廠家（jiā）應對老舊螺紋加（jiā）工車床進行現（xiàn）代化升級，配置加工精度高的數控車床生產線，減小工人勞動強度，提高加工精度和工作效率; 對操作人員進行生產培訓，並定期進行技術考核; 對螺紋（wén）檢（jiǎn）測量規按期校正檢驗，嚴格（gé）杜絕僅憑（píng）經驗用肉眼判斷螺紋是否合格現象;引入第（dì）三方檢測機構對產品精度進行檢測，並向用戶提供質量檢測報告。加工螺紋經檢測符合 API Spec 5B 標準要（yào）求後，均勻塗（tú）抹螺紋脂並安裝護絲，以防止上扣或運輸過程中碰傷螺（luó）紋。

3． 3 保障油管上扣質量

油（yóu）管上扣時應正（zhèng）確使用對扣、引扣鉗和扭矩儀等上扣設備，保（bǎo）障油管上扣時對中、不偏（piān）斜，並按照規定上扣速度進行（háng）上扣。修複廠家應詳細記錄每根油管上扣扭矩（jǔ）數據，換（huàn）接箍後對油管逐（zhú）根進行試壓檢驗。

3． 4 現場規範管理

修複油管脫扣往往是修複質量與現場操作綜合作用的結果。油管在（zài）現場使用時，隨意擺放吊裝造成螺紋磕碰（pèng）、上扣操作不（bú）規範（fàn）、上提油管（guǎn）柱作業時遇阻強行提拉管柱均有可能導致油管脫扣事故。

作業隊應加強責任心，重視修複油管下井作業; 現場運輸、搬運修複油管時注意保護螺紋，並嚴格按規章進行上扣操作

4 、結論及建議

1) 無鋼級分選環節、螺紋加工精度低及上扣質量差是導致修複油管接頭（tóu）脫扣的主要原因。2) 修複廠家應從管理、設備、工藝方麵嚴格把關，對（duì）舊油管鋼級進行嚴格分級分（fèn）類，同時提高螺紋加工精度。3 ) 修複油管上扣時，應使用對扣、引扣鉗和（hé）扭矩儀等設備，並按照規定扭矩及上扣速度上扣。

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