石油管柱上卸扣装置技术现状

管柱的上卸扣作业是起下钻作业中的关键环节,目前国内外钻修井作业中的管柱上卸扣装置以动力大钳、铁钻工为主。在介绍石油管柱上卸扣装置技术发展过程的基础上,对国内外石油管柱上卸扣技术现状进行了说明。主要介绍了美国Weatherford、Eckel及奥格公司动力大钳的性能及特点,同时也介绍了江苏如石机械公司、盐城特达钻采设备公司和宝鸡石油机械有限责任公司动力大钳的性能及特点。建议国内的管柱上卸扣装置应开展系统自动化、控制系统模块化数字化及斜直井钻机专用上卸扣装置的研究工作。     

石油管粘扣机理、分类要点及影响因素的研究

论述了石油管在加工检验及使用中，发生粘扣失效的力学本质、分类要点、形貌特征及各种影响因素。研究结果表明：接触应力、上扣扭矩、螺纹啮合时的几何约束，是齿面粘扣的力学要点。擦伤、冷焊和粘着摩擦是粘扣失效的三种类型，影响粘扣的因素包括上扣扭矩、接箍夹持、表面镀层及现场操作等多重原因。     

新型快速上扣套管螺纹的设计与应用

基于海上钻井作业特殊工况的要求,设计了新型快速上扣套管螺纹,新型螺纹锥度为1∶12,螺距为6.35 mm,导向面为30°,承载面为0°,并且采用台肩结构进行位置约束,采用内平设计避免紊流。有限元力学分析结果表明,新型螺纹的等效应力分布均匀,连接强度高于管体本身;室内全尺寸实物试验结果表明,新型螺纹具有良好的上卸扣特性,无粘扣现象,具有较高的连接强度,密封性能好。新型快速上扣套管螺纹在渤海某油田的现场应用效果良好,下套管过程快速、平顺,没有发生错扣现象,上扣速度比同规格API偏梯形螺纹提高20%以上,大大提高了下套管作业效率。     

PSC特殊螺纹接头上扣特性研究

针对PSC特殊螺纹接头采用金属密封结构和扭矩台肩的特殊性,开展了4种PSC接头上扣特性的全尺寸试验研究。通过试验,得到PSC接头上扣扭矩圈数曲线图和螺纹过盈量计算公式,并给出国外普遍采用的按台肩扭矩控制上扣的MSTL质量控制图。对我国油田按上扣标记控制PSC接头上扣方法的缺陷进行了讨论,指出应严禁使用;对关于提高PSC接头上扣可靠性问题提出几点建议。     

油管特殊螺纹接头上扣后密封性仿真研究

针对服役于高温高压复杂井况下的油管特殊螺纹接头上扣后的密封性展开研究,利用有限元仿真的手段建立了油管接头上扣后多角度评价模型,经过对接头密封部位接触压力、密封积分强度、等效应力的计算,最终发现接头上扣后的密封状态良好,本次计算的理论参数可供油管接头结构设计提供指导价值。     

油套管螺纹接头密封面粘扣试验与分析

为了研究油套管螺纹接头不同密封结构参数与密封面粘扣的关系,以Φ346.08 mm×15.88 mm P110套管特殊螺纹接头为例,设计了不同的密封面参数,并进行实物上、卸扣试验,通过试验分析提出可以用摩擦功这一量化指标来表征密封面抗粘扣性能。研究表明,当摩擦功小于387 kJ时,粘扣风险较低;密封结构不匹配会导致密封面接触发生“犁削效果”,即使摩擦功很小也会发生粘扣,属于非正常摩擦磨损。     

特殊螺纹油管接头上扣性能三维有限元分析

特殊螺纹油管接头有限元分析多采用二维轴对称模型,不考虑螺纹升角,以主密封面与台肩处的渗透量模拟上扣时金属-金属间的过盈配合。该方法不能准确反映上扣时过盈量与扭矩的对应关系。鉴于此,考虑螺纹升角的影响,利用Abaqus软件建立了某特殊螺纹油管接头三维有限元模型,模拟分析了接头在最佳、最小、最大上扣扭矩下的上扣过程。分析结果表明,所建特殊螺纹接头模型加载扭矩曲线与标准上扣扭矩曲线基本相符;3种扭矩作用下,密封面与台肩环向路径上接触应力较大且分布较为均匀,螺纹啮合处虽有应力集中,但3种状态下最大等效应力远小于材料屈服强度且大小几乎相等;最佳扭矩拧紧状态下该型特殊螺纹油管接头具有最好的密封性能与足够大的连接强度。研究结果有助于深入了解上扣扭矩与密封性能和连接强度的关系。     

液压油管钳的上扣扭矩状态及控制

液压油管钳的上扣扭矩受供油压力和现场操作方式等因素的影响。经过理论分析和实验研究，发现在液流稳定工作状态时，上扣扭矩与供油压力、油门开度和上扣速度成线性关系。而在不稳定工作状态则与冲击上扣的速度和次数有关。冲击速度快可以有效提高上扣扭矩，而且前4次冲击中，每次都能将上扣扭矩提高一步。据此提出了控制上扣扭矩的操作建议。     

新型抗粘扣油管

粘扣是油管在检验和使用中最常见也是最为频繁的损伤失效形式,多年来一直使用螺纹脂预防油管粘扣,但螺纹脂的使用会带来环境污染等问题。为预防油管粘扣,解决涂抹螺纹脂引起的环境污染问题,并降低油管存储、运输和使用成本,研制了新型抗粘扣油管。该油管螺纹涂有自润滑涂层,涂层以双酚A型E-51环氧树脂为基体,以聚酰胺650为固化剂,并添加MoS2等其他助剂。对油管进行了上、卸扣试验,结果表明,在API规定最大扭矩下可满足上、卸扣10次不粘扣的要求;涂层厚度控制在50μm左右时新型油管抗粘扣性能最佳。     

偏梯形螺纹套管紧密距检验粘扣原因分析及上卸扣试验研究

对某油田在检验Ф339．7mm×12．19mm N80偏梯形螺纹套管过程中发生的粘扣问题进行了调查研究，并取样进行了上卸扣试验后认为，粘扣原因是在检验紧密距过程中环规在旋合时与外螺纹接头配合状态不正常，在局部区域形成过盈干涉所致。选用适当的润滑油可以减小粘扣的几率；经过表面处理的螺纹接头在检验紧密距过程中不容易发生粘扣。要保证该批套管正常上扣连接使用，必须使用对扣器和引扣钳，并采用低速上扣。     

浅析影响螺纹上卸扣的重要因素

本文主要针对影响螺纹上卸扣的重要因素进行分析与探讨,并就如何解决这些因素引起的一系列问题做了详细的阐述,最终保证满足产品整体的使用要求。     

油套管特殊螺纹接头工厂端上扣对现场端接箍参数及性能的影响

针对油套管特殊螺纹接头工厂端上扣前后出现的现场端接箍参数发生变化这一现象,进行了全尺寸实物试验和有限元分析,并对现场端接箍参数发生显著变化的样管进行了气密封试验。有限元分析显示,工厂端上扣后,现场端接箍应力水平提高,并会发生一定的膨胀,表现为现场端接箍的密封面直径变化远大于螺纹直径变化,且距离现场端越近表现越明显,这与上扣试验测量数据相吻合。气密封试验结果显示,现场端接箍公差发生显著变化的样管仍然可以保证其在复合加载下的气密封性能;已经经过全尺寸实物评价试验的油套管特殊螺纹接头,在上卸扣试验中同样存在工厂端上扣对现场端密封参数造成影响,整个试验过程已经包含了一端上扣对另一端接箍密封参数带来的影响。研究表明,只要接箍在工厂端上扣前螺纹及密封参数公差在规定范围内,在油田现场应允许现场端接箍参数超出规定范围,此结论可为油田用户提供参考。     

(φ)89mmAPI外加厚油管接头上扣扭矩实验研究

API圆螺纹外加厚油管在油田现场有广泛应用,而其上扣扭矩是决定螺纹接头性能和使用寿命的核心因素.文章针对(φ)89mm P110钢级API圆螺纹外加厚油管,实验研究在使用75％、100％和125％ API 5C1推荐扭矩值上扣时油管接头的拉伸性能和抗内压性能.实验结果显示,采用上述不同扭矩上扣,最终油管拉伸性能和抗内压性能未受影响.建议油田现场对API外加厚油管采用低于API5C1推荐值的扭矩上扣,延长接头使用寿命.     

伸缩式自动化井口上卸扣装置的设计与分析

随着修井作业朝着自动化方向发展,国内外均致力于研究自动化修井作业设备。文章结合自动化修井机特点,设计出一种伸缩式自动化井口上卸扣装置,分析了自动液压钳、扶正对中装置等主要结构,系统阐述了该装置的工作原理,计算得出液压钳钳牙与油管之间的防打滑条件,对背钳夹紧液压缸进行选型计算,设计出合适的自动液压钳以及整个装置的液压回路,保证该装置在工作时的安全性与稳定性。现场试验结果表明,伸缩式自动化井口上卸扣装置能够实现精准对中,快速平稳完成上卸扣作业,大大减轻了工人的工作强度,节省井口操作平台空间,提升工作效率,并提高了工人的安全性。     

连续循环系统上卸扣装置负载分析与计算

上卸扣装置是连续循环系统的关键部件。为合理设计连续循环系统上卸扣装置,对其工作原理和操作流程进行了分析,根据设计需求,建立了上半封摩阻、钻井液上顶力、旋扣扭矩和上卸扣装置执行机构的力学模型,并选取常用钻井参数对主要负载阻力和技术参数进行计算。计算结果表明:上半封摩阻为179 kN,钻井液上顶力为537 kN,旋扣扭矩为376 N·m;为满足上卸扣操作要求,上卸扣装置夹紧油缸最小输出力为188 kN,紧崩扣油缸最小输出力为96 kN,定位油缸最小输出力为48 kN,旋扣马达最小输出扭矩为411 N·m,平衡油缸最小输出力为147 kN,背钳油缸最小输出力为1 054 kN。分析计算结果为上卸扣装置设计提供了理论依据。     

顶部驱动钻井装置上卸扣机构概述

叙述了顶部驱动钻井装置几种上卸扣机构的特点以及相应回转头结构。自平衡式上卸扣机构在上卸扣时扭矩可自身平衡，回转头不随反扭矩，但结构复杂。背钳式上卸扣机构结构简单，但扭矩不能平衡，回转头在上卸扣时承受反扭矩，所以须锁紧，而在上卸扣机构不工作时，须松开，使回转头可自由转动。TESCO公司的顶依靠顶驱本体可以前移的特点，部分地解决了上卸扣的问题，不另设置上卸扣机构，所以简单，轻便，但处理事故的能力有局限性     

磁粉检测在偏梯形螺纹石油管检验中的应用与探究

油田的开采,从用量及投资比重来看,最大的要属石油专用管材,正因为如此,石油管材的质量显得尤为重要,因此油田不断加大对石油专用管材的检验力度。目的就是为了防止一些不良或不合格品管材进入油田使用而埋下隐患。磁粉检测能有效检测出金属表面和近表面缺陷,可广泛应有与石油专用管材螺纹和管体的出厂检测中。     

GL—1A套管上扣扭矩自动监控系统

针对现有下套管设备无法满足油田开发对下套管质量要求的现状,研究开发了GL—1A套管上扣扭矩自动监控系统,给出了硬件原理图的关键部分,重点介绍了软件的设计过程。该自动监控系统一年多的应用证明:(1)采用AT89C52单片机为核心实现套管上扣扭矩的自动监控方案切实可行,监控系统有更好的抗干扰与抗振性能,特别适合钻井工程的工作条件;(2)在液压动力站中增设电控溢流阀是保证监控系统控制精度的关键,可避免操作不当造成的上扣扭矩过大引发的套管断脱事故。3万余根套管的上扣质量全部合格,上扣扭矩略大于API标准规定的最佳值,有利于避免套管材质不均、螺纹加工不严等可能造成的松扣问题。     

钻杆接头螺纹粘扣原因分析

某油田先后出现多起钻杆接头螺纹粘扣事故,且都为新钻杆,给油田造成了较大的经济损失。为了避免此类事故的再次发生,结合现场调查,通过对钻杆粘扣的接头螺纹形貌进行宏观观察,及对接头材料的力学性能、化学成分、金相组织进行了全面的试验分析。结果表明,该次螺纹大面积粘扣与接头材质无关,而是井队在接立柱过程中,立柱中心轴线与入井钻杆轴线同心度偏差较大,在螺纹旋合时引起偏斜对扣,造成接头螺纹碰伤,以及高速引扣,引起公母螺纹牙齿相互干涉,造成螺纹面的挤压磨损,塑性变形,最终导致大面积的接头粘扣。最后根据失效原因,提出了相对应的改进措施和建议。     

连续大扭矩旋扣机的研制

针对石油井下工具拆装维修设备现状及存在的问题,研制了连续大扭矩旋扣机,把以往的冲扣旋扣变为连续大扭矩旋扣,一次夹紧工件自动完成上扣或卸扣,大大提高了工作效率,同时减轻了对工具表面的损伤程度,扩大了工件夹持范围,增加了井下工具测试功能;另外还具有计量准确可靠、操作安全方便省力等特点。近1年的现场应用结果表明,新研制的连续大扭矩旋扣机综合了现有拆装设备的优点,各项性能指标均达到设计要求。