修复油管脱扣原因分析及预防措施
2017-12-7 来源：中国石油集团石油管工程 塔里木油田 作者：龙 岩 李 岩 李小瑞 黄腊梅等
摘 要: 针对两起 Φ73． 02 mm × 5． 51 mm NU 修复油管脱扣事故案例，对修复油管脱扣原因进行系统分析。分析表明，无钢级分选、螺纹加工精度低与上扣质量差是导致修复油管脱扣的主要原因。同时，从厂家修复及现场操作方面提出了相关的预防措施，以避免再次发生此类油管脱扣事故，保障油田生产安全。
关 键 词: 修复油管; 螺纹加工; 脱扣
0 引 言
油管作为井下输送介质的通道，由于其在服役过程中受介质环境、自重、内压、温度、弯曲载荷、抽油系统交变载荷等因素的影响，管体及接头可能存在不同程度的损伤，应根据实际情况对服役油管进行检测修复，提高旧油管的使用寿命［1，2］。油管修复是保障油田生产安全的重要手段，也是实现降本增效目标的有效措施。螺纹接头修复是油管修复工艺中的重要环节，API螺纹由于加工成本低、互换性好，在修复油管中被广泛使用。近年来，API 螺纹接头修复油管脱扣事故时有发生，油管脱扣后，需对事故井停产，进行油管打捞、检测、修复及更换管柱作业，影响油田正常生产经营，造成巨大经济损失。
本文结合两起 Φ73． 02 mm × 5． 51 mm NU修复油管 API 螺纹接头脱扣事故案例，对修复油管脱扣原因进行综合分析，并提出相关预防措施，以避免类似脱扣事故再次发生。
1 、修复油管脱扣失效案例
1． 1 案例一
2014 年 4 月，某 井在进行检抽作业时，Φ73． 02 mm× 5． 51 mm N80 NU 修复油管接头现场端脱扣。脱扣螺纹存在明显粘扣现象，如图 1( a) 所示; 对该油管现场端螺纹上扣痕迹观察后发现，外螺纹有 2 扣完整扣与 1 扣未完整扣裸露在接箍外，如图 1( b) 所示。该油管脱扣原因为现场高速上扣导致粘扣，上扣扭矩不足导致上扣不到位。
图 1 脱扣油管接头宏观形貌
1． 2 案例二
除现场上扣端脱扣事故，近年来修复油管工厂端脱扣事故也时有发生。2015 年 9 月，某井进行压井作业时，Φ73． 02 mm × 5． 51 mm N80 NU 修复油管接头工厂端脱扣，该油管自修复后下井至失效历时仅 9 天，油管修复质量存在严重问题。
图 2( a) 为脱扣油管上扣位置图，可见脱扣工厂端上扣至 16 ～ 17 扣，相邻现场端上扣至 16扣，两端均未见外露扣; 工厂端外螺纹小端有明显粘扣痕迹，如图 2( b) 所示。该油管脱扣主要原因为修复厂家上扣时螺纹粘扣。
图 2 脱扣油管接头宏观形貌
2 、脱扣原因综合分析
从以上失效案例可以看出，厂家修复质量和现场操作是影响修复油管使用性能的重要因素。修复油管由于长期流转修复、使用，其脱扣原因通常与材质、螺纹加工和上扣质量有关。
2． 1 无材质分选环节
旧油管在初选分类时，修复厂家应确定油管原始钢级，并按钢级进行标识、分类码放，但在实际修复过程中，误标钢级甚至错用新接箍现象普遍存在。根据修复厂家提供数据，上述两起失效案例中脱扣油管及接箍均为 N80 钢级，并按照 N80 推荐扭矩上扣。
表 1 为案例一脱扣油管及接箍拉伸试验结果，试验结果表明脱扣油管及接箍拉伸性能不满足 API Spec 5CT 对 N80 钢级要求，而满足 P110 钢级要求，说明修复厂家对油管及接箍钢级误标。
案例一中油管上扣不到位是导致油管脱扣的重要原因，P110 钢级油管的推荐上扣扭矩高于 N80 钢级，由于厂家对钢级误标，作业队在现场上扣时采用厂家推荐的 N80
钢级上扣扭矩进行上扣，是导致上扣不到位的根本原因。
表 2 为案例二脱扣油管及接箍拉伸试验结果，试验结果表明脱扣接箍拉伸性能不满足 API Spec 5CT 对 N80钢级要求，而满足 P110 钢级要求，说明修复厂家对接箍钢级误标。由于 API Spec 5CT 允许低钢级油管连接高钢级接箍，工厂上扣时采用油管钢级推荐扭矩上扣仍然能满足上扣要求，因此案例二脱扣油管未存在上扣不到位现象; 但若厂家错用低钢级接箍连接高钢级油管，采用油管钢级推荐扭矩上扣，接箍可能发生粘扣影响螺纹连接强度。
表 1 案例一脱扣油管及接箍拉伸试验结果
表 2 案例二脱扣油管及接箍拉伸试验结果
调研发现，部分修复厂家为节约成本，无钢级分选环节，对于不可确定钢级但明确同批油管中最低钢级的旧油管，厂家一律降级至最低钢级标准进行修复，更换的接箍钢级同油管所降钢级一致。修复油管因原始钢级未知而降级修复会存在两种情况，即: 油管原始钢级与降级修复钢级一致; 油管原始钢级高于降级修复钢级。
若为第一种情况，按照油管修复钢级的推荐扭矩上扣，可保证油管的连接强度; 若为第二种情况，由于高钢级油管上扣扭矩高于低钢级，按照油管修复钢级推荐扭矩上扣，会造成油管上扣不到位，降低连接强度，极大增加油管脱扣风险。
2． 2 螺纹加工精度低
螺纹加工参数存在偏差、表面质量差会对内外螺纹匹配度及密封性产生不利影响，严重时会在螺纹连接局部产生较高接触压力，导致螺纹粘扣甚至脱扣［3，4］。对失效案例二中同厂家修复油管进行螺纹检测及上卸扣试验，结果表明部分油管修复外螺纹接头紧密距不符合API Spec 5B 要求，上卸扣试验中存在粘扣现象，说明该厂家螺纹修复质量较差，其脱扣原因也与外螺纹紧密距和抗粘扣性能不合格有一定关系。经调研得知，部分修复厂家没有按照质量工艺要求配置设备，螺纹加工设备老旧、自动化程度低、人员技术水平较低、检测量规精度差，螺纹加工精度较低。
2． 3 上扣质量差
大多数油管脱扣事故与螺纹粘扣有关，除螺纹加工精度外，油管上扣时对扣、引扣不到位也是导致螺纹粘扣的重要因素［5］。图 3 为案例二脱扣工厂端外螺纹金相照片，由金相分析可知，脱扣外螺纹起始扣开始第 1扣、第 2 扣牙顶均偏向承载面，其中起始扣变形严重，牙侧完全嵌入牙底; 第 3 ～ 7 扣、14 ～ 16 扣牙顶变形流线组织均偏向导向面。
正常上扣情况下，若油管接头拉脱失效，外螺纹牙型应整体偏向导向面，与上扣方向相同，而该油管外螺纹小端反向变形，并不是由脱扣引起的，应为上扣操作不当造成。外螺纹损伤位置在小端，说明工厂端上扣时未按正确规范进行引扣操作。工厂端引扣不到位，螺纹未正常啮合，外螺纹小端造成严重损伤粘扣，进而导致内外螺纹啮合的匹配性变差，承载能力随之降低。
图 3 脱扣油管外螺纹金相照片
此外，上扣速度过快会对螺纹啮合面产生冲击载荷，容易损伤螺纹，导致粘扣错扣。API ＲP 5C1 对油管上卸扣速度有严格规定，以防止快速上扣对螺纹造成损伤。上扣扭矩曲线是追溯油管上扣质量的重要数据，调研发现，个别修复厂家未能提供详实上扣扭矩曲线，上扣时存在高速上扣现象。修复油管在现场使用过程中也存在较严重上扣质量问题，作业队存在上扣时不使用对扣、引扣钳和扭矩仪等设备现象。目前绝大多数现场上扣端脱扣事故与现场上扣操作不当有关，案例一中螺纹存在粘扣现象即为现场高速上扣所致。修复油管因使用条件限制，多服役于低压井、注水井、注气井等，作业队往往对此类工况作业重视程度不足，易出现操作不规范现象。
3 、预防措施
3． 1 明确油管钢级
油管修复涉及多项工艺，如初选、校直、清洗、探伤、试压、螺纹加工、换接箍、检验及储存运输等［6］。旧油管修复前钢级标识不清，是影响油管修复质量的突出问题。现有油管修复执行标准 Q/SH 0180 － 2008《油管修复质量要求》、Q/SH 1020 0380 － 2007《油管修复生产线设备技术条件》对旧油管修复工艺有明确要求，油管所换接箍钢级材质应与管体相同，并按照推荐扭矩上扣，即对旧油管原始钢级进行判定。
修复厂家应严格管理修复流程，按照标准要求进行修复; 对于多次周转使用油管，可通过表面硬度仪、涡流分析仪等设备进行钢级、材质区分，无法确定钢级、材质的，应放大判废标准。回收区油管应按钢级、材质、规格分选存放，完成每道工序后应做好标识、记录。
3． 2 提高螺纹加工精度
修复厂家应对老旧螺纹加工车床进行现代化升级，配置加工精度高的数控车床生产线，减小工人劳动强度，提高加工精度和工作效率; 对操作人员进行生产培训，并定期进行技术考核; 对螺纹检测量规按期校正检验，严格杜绝仅凭经验用肉眼判断螺纹是否合格现象;引入第三方检测机构对产品精度进行检测，并向用户提供质量检测报告。加工螺纹经检测符合 API Spec 5B 标准要求后，均匀涂抹螺纹脂并安装护丝，以防止上扣或运输过程中碰伤螺纹。
3． 3 保障油管上扣质量
油管上扣时应正确使用对扣、引扣钳和扭矩仪等上扣设备，保障油管上扣时对中、不偏斜，并按照规定上扣速度进行上扣。修复厂家应详细记录每根油管上扣扭矩数据，换接箍后对油管逐根进行试压检验。
3． 4 现场规范管理
修复油管脱扣往往是修复质量与现场操作综合作用的结果。油管在现场使用时，随意摆放吊装造成螺纹磕碰、上扣操作不规范、上提油管柱作业时遇阻强行提拉管柱均有可能导致油管脱扣事故。
作业队应加强责任心，重视修复油管下井作业; 现场运输、搬运修复油管时注意保护螺纹，并严格按规章进行上扣操作
4 、结论及建议
1) 无钢级分选环节、螺纹加工精度低及上扣质量差是导致修复油管接头脱扣的主要原因。2) 修复厂家应从管理、设备、工艺方面严格把关，对旧油管钢级进行严格分级分类，同时提高螺纹加工精度。3 ) 修复油管上扣时，应使用对扣、引扣钳和扭矩仪等设备，并按照规定扭矩及上扣速度上扣。
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