1997年第20卷第l期钻采工艺阅矿场机械卜石油套管螺纹连接的密封结构康晓雷(大港油田钻采研究院,300280天津大港)摘要列举各种石油套管的密封结构,重.点是特殊螺纹石油套管的密封结构,分析API圆螺纹的密封缺陷,讨论各种特殊螺纹套管良好的密封结构,为进一步提高固井质量,提高套管的杭泄漏能力,建议推广使用特珠螺纹石油套管,并使用专业化下套管工具—动力套管柑和扭矩仅下套管作业,从而提高油井寿命。主题词套管漏失螺纹密封性能结构分析石油套管作为油气通道,套管螺纹密封的可靠性是保证油气井正常生产的关键因素。特别是近几年来,石油天然气的勘探和开采趋于深井化和高压化,对套管螺纹密封性的要求更加严格。根据API调查,套管柱失效的86%出现在螺纹联接处,因此,如何保证螺纹联接质量和密封的可靠性十分重要。本文将详细讨论API圆螺纹的密封缺陷及各种特殊螺纹套管可靠的密封结构。度,hn为内螺纹的牙高,&n为三角形顶到内螺纹牙顶的高度。套管API圆螺纹的密封缺陷理论上API圆螺纹不具备密封性能,API圆螺纹的套管的螺纹牙顶与螺纹牙底之间存在间隙,并形成一条螺旋状空间间隙带,使套管内外空间连通而发生泄漏,其间隙大小受螺纹公差带的控制,除了内外螺纹牙顶、牙底的间隙之外,其密封性能还受内、外螺纹牙型角公差带分布状况的影响。1.牙高公差带引起的间隙API套管圆螺纹联接后的牙型见图1。图中H为三角形高度;&:为三角形顶到外螺纹牙顶的高度;h:为外螺纹牙的高度;Srs为三角形顶到外螺纹牙底的高度,尸为螺矩,Srn为三角形顶到内螺纹牙底的高堑粉’、。({一一一一犷!不右一洲___丝__」图1API圆螺纹容管螺纹联接妙ISTDSB规定的套管圆螺纹尺寸见表l。表1API套管圆螺纹高度尺寸(单位:in)123螺纹参数10牙/ins牙/inP=0.1000P二0.1250H=0.866P0.086600.10825坑=h。=0.626p一0.0070.05560、0.07125S、=Sr。=0.120P+0.0020.014000.01700凡=队=0.120P+0.0050.017000.02000注:1英寸=25.4mm钻采工艺197年根据APISTDSB规定,套管圆螺纹高度的公差为(以10牙/in为例)h,=hn二。·0556士:盘:in由图1和表1,即可求得内螺纹牙底与外螺纹牙顶之间的间隙Z,和内螺纹牙顶与外螺纹牙底之间的间隙Z:的值:Z;=S:,一S。=0.003(in)22=Sr,一Srs=0.003(in)有两种极值情况¹外螺纹高h:取最大极限尺寸,内螺纹高hn取最小极限尺寸,即可求出最大间隙△值。即h:=0.0576(in)hn“0.0516(in)△=0.0060(in)º外螺纹高h:取最小极限尺寸、内螺纹高hn取最大极限尺寸,可求出最大间隙△值,即h:=0.0516(in)hn二0.0576(in)△=0.0060(in)在极值情况下的间隙值是螺纹联接名义间隙值(z,、22)的两倍,这一间隙形成螺旋状空间间隙带。勾通套管内外空间,引起泄漏。2.牙型角公差带引起的间隙根据AIPSTDSB规定,套管圆螺纹牙型角公差带为6了士1.5’。图2为内螺纹牙型角按上偏差十1,5o取值,而外螺纹牙型角按下偏差一1.5’取值的示意图,由图可计算出内、外牙型角极限偏差所引起的最大间隙为。/2、H[tg(61.5./2)一tg(58.5./2)1二0,003023(in)△=0.006046(in)牙高公差带所引起的间隙与牙型角公差带所引起的间隙都要导致泄漏,但后者对泄漏的影响比前者更严重,假定牙顶与牙底所形成的螺旋状空间间隙带的法向截面为边长等于最大间隙值的正方形,则其截面积为Fl=0.0062=0.000361矛,牙型角间隙则不然,它是可2组成的一个螺旋状空间间隙带,其法向截面积近似为凡二(配2)x(H/cos30’)=o.oo3o23inZ,因此,F2/F,=53.96,就是说牙型角公差带所形成的螺旋状空间间隙带的法向截面积是牙高公差带所形成的螺旋状空间间隙带法向截面积的83.96倍。由以上分析可知,理论上API套管圆螺纹不具备密封性能,若要保证有密封性能必须采取其它措施,通常在内.螺纹镀一定厚度的锡或锌层,并使用性能优异的密封脂作间隙充填剂来实现密封。但在高压油气井中,这些通常的密封方式就可能失效,正是基于这一原因,国外已大量采用了特殊螺纹套管石特殊累纹套管的螺纹连接都是靠金属与金属密封,不存在间隙问题,因而具有可靠的密封性能。图2牙型角公差带引起的牙侧间隙国外特殊螺纹套管的密封结构所谓“特殊螺纹”,是指与API圆螺纹和API偏梯形螺纹不同的螺纹,国内外常用的特殊螺纹套管主要有:日本的川崎制...
