修復(fù)油管脫扣原因分析及預(yù)防措施
2017-12-7 來(lái)源：中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程 塔里木油田 作者：龍 巖 李 巖 李小瑞 黃臘梅等
摘 要: 針對(duì)兩起 Φ73． 02 mm × 5． 51 mm NU 修復(fù)油管脫扣事故案例，對(duì)修復(fù)油管脫扣原因進(jìn)行系統(tǒng)分析。分析表明，無(wú)鋼級(jí)分選、螺紋加工精度低與上扣質(zhì)量差是導(dǎo)致修復(fù)油管脫扣的主要原因。同時(shí)，從廠家修復(fù)及現(xiàn)場(chǎng)操作方面提出了相關(guān)的預(yù)防措施，以避免再次發(fā)生此類油管脫扣事故，保障油田生產(chǎn)安全。
關(guān) 鍵 詞: 修復(fù)油管; 螺紋加工; 脫扣
0 引 言
油管作為井下輸送介質(zhì)的通道，由于其在服役過(guò)程中受介質(zhì)環(huán)境、自重、內(nèi)壓、溫度、彎曲載荷、抽油系統(tǒng)交變載荷等因素的影響，管體及接頭可能存在不同程度的損傷，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)服役油管進(jìn)行檢測(cè)修復(fù)，提高舊油管的使用壽命［1，2］。油管修復(fù)是保障油田生產(chǎn)安全的重要手段，也是實(shí)現(xiàn)降本增效目標(biāo)的有效措施。螺紋接頭修復(fù)是油管修復(fù)工藝中的重要環(huán)節(jié)，API螺紋由于加工成本低、互換性好，在修復(fù)油管中被廣泛使用。近年來(lái)，API 螺紋接頭修復(fù)油管脫扣事故時(shí)有發(fā)生，油管脫扣后，需對(duì)事故井停產(chǎn)，進(jìn)行油管打撈、檢測(cè)、修復(fù)及更換管柱作業(yè)，影響油田正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。
本文結(jié)合兩起 Φ73． 02 mm × 5． 51 mm NU修復(fù)油管 API 螺紋接頭脫扣事故案例，對(duì)修復(fù)油管脫扣原因進(jìn)行綜合分析，并提出相關(guān)預(yù)防措施，以避免類似脫扣事故再次發(fā)生。
1 、修復(fù)油管脫扣失效案例
1． 1 案例一
2014 年 4 月，某 井在進(jìn)行檢抽作業(yè)時(shí)，Φ73． 02 mm× 5． 51 mm N80 NU 修復(fù)油管接頭現(xiàn)場(chǎng)端脫扣。脫扣螺紋存在明顯粘扣現(xiàn)象，如圖 1( a) 所示; 對(duì)該油管現(xiàn)場(chǎng)端螺紋上扣痕跡觀察后發(fā)現(xiàn)，外螺紋有 2 扣完整扣與 1 扣未完整扣裸露在接箍外，如圖 1( b) 所示。該油管脫扣原因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)高速上扣導(dǎo)致粘扣，上扣扭矩不足導(dǎo)致上扣不到位。
圖 1 脫扣油管接頭宏觀形貌
1． 2 案例二
除現(xiàn)場(chǎng)上扣端脫扣事故，近年來(lái)修復(fù)油管工廠端脫扣事故也時(shí)有發(fā)生。2015 年 9 月，某井進(jìn)行壓井作業(yè)時(shí)，Φ73． 02 mm × 5． 51 mm N80 NU 修復(fù)油管接頭工廠端脫扣，該油管自修復(fù)后下井至失效歷時(shí)僅 9 天，油管修復(fù)質(zhì)量存在嚴(yán)重問(wèn)題。
圖 2( a) 為脫扣油管上扣位置圖，可見(jiàn)脫扣工廠端上扣至 16 ～ 17 扣，相鄰現(xiàn)場(chǎng)端上扣至 16扣，兩端均未見(jiàn)外露扣; 工廠端外螺紋小端有明顯粘扣痕跡，如圖 2( b) 所示。該油管脫扣主要原因?yàn)樾迯?fù)廠家上扣時(shí)螺紋粘扣。
圖 2 脫扣油管接頭宏觀形貌
2 、脫扣原因綜合分析
從以上失效案例可以看出，廠家修復(fù)質(zhì)量和現(xiàn)場(chǎng)操作是影響修復(fù)油管使用性能的重要因素。修復(fù)油管由于長(zhǎng)期流轉(zhuǎn)修復(fù)、使用，其脫扣原因通常與材質(zhì)、螺紋加工和上扣質(zhì)量有關(guān)。
2． 1 無(wú)材質(zhì)分選環(huán)節(jié)
舊油管在初選分類時(shí)，修復(fù)廠家應(yīng)確定油管原始鋼級(jí)，并按鋼級(jí)進(jìn)行標(biāo)識(shí)、分類碼放，但在實(shí)際修復(fù)過(guò)程中，誤標(biāo)鋼級(jí)甚至錯(cuò)用新接箍現(xiàn)象普遍存在。根據(jù)修復(fù)廠家提供數(shù)據(jù)，上述兩起失效案例中脫扣油管及接箍均為 N80 鋼級(jí)，并按照 N80 推薦扭矩上扣。
表 1 為案例一脫扣油管及接箍拉伸試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)果表明脫扣油管及接箍拉伸性能不滿足 API Spec 5CT 對(duì) N80 鋼級(jí)要求，而滿足 P110 鋼級(jí)要求，說(shuō)明修復(fù)廠家對(duì)油管及接箍鋼級(jí)誤標(biāo)。
案例一中油管上扣不到位是導(dǎo)致油管脫扣的重要原因，P110 鋼級(jí)油管的推薦上扣扭矩高于 N80 鋼級(jí)，由于廠家對(duì)鋼級(jí)誤標(biāo)，作業(yè)隊(duì)在現(xiàn)場(chǎng)上扣時(shí)采用廠家推薦的 N80
鋼級(jí)上扣扭矩進(jìn)行上扣，是導(dǎo)致上扣不到位的根本原因。
表 2 為案例二脫扣油管及接箍拉伸試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)果表明脫扣接箍拉伸性能不滿足 API Spec 5CT 對(duì) N80鋼級(jí)要求，而滿足 P110 鋼級(jí)要求，說(shuō)明修復(fù)廠家對(duì)接箍鋼級(jí)誤標(biāo)。由于 API Spec 5CT 允許低鋼級(jí)油管連接高鋼級(jí)接箍，工廠上扣時(shí)采用油管鋼級(jí)推薦扭矩上扣仍然能滿足上扣要求，因此案例二脫扣油管未存在上扣不到位現(xiàn)象; 但若廠家錯(cuò)用低鋼級(jí)接箍連接高鋼級(jí)油管，采用油管鋼級(jí)推薦扭矩上扣，接箍可能發(fā)生粘扣影響螺紋連接強(qiáng)度。
表 1 案例一脫扣油管及接箍拉伸試驗(yàn)結(jié)果
表 2 案例二脫扣油管及接箍拉伸試驗(yàn)結(jié)果
調(diào)研發(fā)現(xiàn)，部分修復(fù)廠家為節(jié)約成本，無(wú)鋼級(jí)分選環(huán)節(jié)，對(duì)于不可確定鋼級(jí)但明確同批油管中最低鋼級(jí)的舊油管，廠家一律降級(jí)至最低鋼級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修復(fù)，更換的接箍鋼級(jí)同油管所降鋼級(jí)一致。修復(fù)油管因原始鋼級(jí)未知而降級(jí)修復(fù)會(huì)存在兩種情況，即: 油管原始鋼級(jí)與降級(jí)修復(fù)鋼級(jí)一致; 油管原始鋼級(jí)高于降級(jí)修復(fù)鋼級(jí)。
若為第一種情況，按照油管修復(fù)鋼級(jí)的推薦扭矩上扣，可保證油管的連接強(qiáng)度; 若為第二種情況，由于高鋼級(jí)油管上扣扭矩高于低鋼級(jí)，按照油管修復(fù)鋼級(jí)推薦扭矩上扣，會(huì)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(fēng)險(xiǎn)。
2． 2 螺紋加工精度低
螺紋加工參數(shù)存在偏差、表面質(zhì)量差會(huì)對(duì)內(nèi)外螺紋匹配度及密封性產(chǎn)生不利影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)在螺紋連接局部產(chǎn)生較高接觸壓力，導(dǎo)致螺紋粘扣甚至脫扣［3，4］。對(duì)失效案例二中同廠家修復(fù)油管進(jìn)行螺紋檢測(cè)及上卸扣試驗(yàn)，結(jié)果表明部分油管修復(fù)外螺紋接頭緊密距不符合API Spec 5B 要求，上卸扣試驗(yàn)中存在粘扣現(xiàn)象，說(shuō)明該廠家螺紋修復(fù)質(zhì)量較差，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(guān)系。經(jīng)調(diào)研得知，部分修復(fù)廠家沒(méi)有按照質(zhì)量工藝要求配置設(shè)備，螺紋加工設(shè)備老舊、自動(dòng)化程度低、人員技術(shù)水平較低、檢測(cè)量規(guī)精度差，螺紋加工精度較低。
2． 3 上扣質(zhì)量差
大多數(shù)油管脫扣事故與螺紋粘扣有關(guān)，除螺紋加工精度外，油管上扣時(shí)對(duì)扣、引扣不到位也是導(dǎo)致螺紋粘扣的重要因素［5］。圖 3 為案例二脫扣工廠端外螺紋金相照片，由金相分析可知，脫扣外螺紋起始扣開(kāi)始第 1扣、第 2 扣牙頂均偏向承載面，其中起始扣變形嚴(yán)重，牙側(cè)完全嵌入牙底; 第 3 ～ 7 扣、14 ～ 16 扣牙頂變形流線組織均偏向?qū)蛎妗?/font>
正常上扣情況下，若油管接頭拉脫失效，外螺紋牙型應(yīng)整體偏向?qū)蛎妫c上扣方向相同，而該油管外螺紋小端反向變形，并不是由脫扣引起的，應(yīng)為上扣操作不當(dāng)造成。外螺紋損傷位置在小端，說(shuō)明工廠端上扣時(shí)未按正確規(guī)范進(jìn)行引扣操作。工廠端引扣不到位，螺紋未正常嚙合，外螺紋小端造成嚴(yán)重?fù)p傷粘扣，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)外螺紋嚙合的匹配性變差，承載能力隨之降低。
圖 3 脫扣油管外螺紋金相照片
此外，上扣速度過(guò)快會(huì)對(duì)螺紋嚙合面產(chǎn)生沖擊載荷，容易損傷螺紋，導(dǎo)致粘扣錯(cuò)扣。API ＲP 5C1 對(duì)油管上卸扣速度有嚴(yán)格規(guī)定，以防止快速上扣對(duì)螺紋造成損傷。上扣扭矩曲線是追溯油管上扣質(zhì)量的重要數(shù)據(jù)，調(diào)研發(fā)現(xiàn)，個(gè)別修復(fù)廠家未能提供詳實(shí)上扣扭矩曲線，上扣時(shí)存在高速上扣現(xiàn)象。修復(fù)油管在現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中也存在較嚴(yán)重上扣質(zhì)量問(wèn)題，作業(yè)隊(duì)存在上扣時(shí)不使用對(duì)扣、引扣鉗和扭矩儀等設(shè)備現(xiàn)象。目前絕大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)上扣端脫扣事故與現(xiàn)場(chǎng)上扣操作不當(dāng)有關(guān)，案例一中螺紋存在粘扣現(xiàn)象即為現(xiàn)場(chǎng)高速上扣所致。修復(fù)油管因使用條件限制，多服役于低壓井、注水井、注氣井等，作業(yè)隊(duì)往往對(duì)此類工況作業(yè)重視程度不足，易出現(xiàn)操作不規(guī)范現(xiàn)象。
3 、預(yù)防措施
3． 1 明確油管鋼級(jí)
油管修復(fù)涉及多項(xiàng)工藝，如初選、校直、清洗、探傷、試壓、螺紋加工、換接箍、檢驗(yàn)及儲(chǔ)存運(yùn)輸?shù)龋?］。舊油管修復(fù)前鋼級(jí)標(biāo)識(shí)不清，是影響油管修復(fù)質(zhì)量的突出問(wèn)題。現(xiàn)有油管修復(fù)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) Q/SH 0180 － 2008《油管修復(fù)質(zhì)量要求》、Q/SH 1020 0380 － 2007《油管修復(fù)生產(chǎn)線設(shè)備技術(shù)條件》對(duì)舊油管修復(fù)工藝有明確要求，油管所換接箍鋼級(jí)材質(zhì)應(yīng)與管體相同，并按照推薦扭矩上扣，即對(duì)舊油管原始鋼級(jí)進(jìn)行判定。
修復(fù)廠家應(yīng)嚴(yán)格管理修復(fù)流程，按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行修復(fù); 對(duì)于多次周轉(zhuǎn)使用油管，可通過(guò)表面硬度儀、渦流分析儀等設(shè)備進(jìn)行鋼級(jí)、材質(zhì)區(qū)分，無(wú)法確定鋼級(jí)、材質(zhì)的，應(yīng)放大判廢標(biāo)準(zhǔn)。回收區(qū)油管應(yīng)按鋼級(jí)、材質(zhì)、規(guī)格分選存放，完成每道工序后應(yīng)做好標(biāo)識(shí)、記錄。
3． 2 提高螺紋加工精度
修復(fù)廠家應(yīng)對(duì)老舊螺紋加工車床進(jìn)行現(xiàn)代化升級(jí)，配置加工精度高的數(shù)控車床生產(chǎn)線，減小工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高加工精度和工作效率; 對(duì)操作人員進(jìn)行生產(chǎn)培訓(xùn)，并定期進(jìn)行技術(shù)考核; 對(duì)螺紋檢測(cè)量規(guī)按期校正檢驗(yàn)，嚴(yán)格杜絕僅憑經(jīng)驗(yàn)用肉眼判斷螺紋是否合格現(xiàn)象;引入第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品精度進(jìn)行檢測(cè)，并向用戶提供質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告。加工螺紋經(jīng)檢測(cè)符合 API Spec 5B 標(biāo)準(zhǔn)要求后，均勻涂抹螺紋脂并安裝護(hù)絲，以防止上扣或運(yùn)輸過(guò)程中碰傷螺紋。
3． 3 保障油管上扣質(zhì)量
油管上扣時(shí)應(yīng)正確使用對(duì)扣、引扣鉗和扭矩儀等上扣設(shè)備，保障油管上扣時(shí)對(duì)中、不偏斜，并按照規(guī)定上扣速度進(jìn)行上扣。修復(fù)廠家應(yīng)詳細(xì)記錄每根油管上扣扭矩?cái)?shù)據(jù)，換接箍后對(duì)油管逐根進(jìn)行試壓檢驗(yàn)。
3． 4 現(xiàn)場(chǎng)規(guī)范管理
修復(fù)油管脫扣往往是修復(fù)質(zhì)量與現(xiàn)場(chǎng)操作綜合作用的結(jié)果。油管在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，隨意擺放吊裝造成螺紋磕碰、上扣操作不規(guī)范、上提油管柱作業(yè)時(shí)遇阻強(qiáng)行提拉管柱均有可能導(dǎo)致油管脫扣事故。
作業(yè)隊(duì)?wèi)?yīng)加強(qiáng)責(zé)任心，重視修復(fù)油管下井作業(yè); 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸、搬運(yùn)修復(fù)油管時(shí)注意保護(hù)螺紋，并嚴(yán)格按規(guī)章進(jìn)行上扣操作
4 、結(jié)論及建議
1) 無(wú)鋼級(jí)分選環(huán)節(jié)、螺紋加工精度低及上扣質(zhì)量差是導(dǎo)致修復(fù)油管接頭脫扣的主要原因。2) 修復(fù)廠家應(yīng)從管理、設(shè)備、工藝方面嚴(yán)格把關(guān)，對(duì)舊油管鋼級(jí)進(jìn)行嚴(yán)格分級(jí)分類，同時(shí)提高螺紋加工精度。3 ) 修復(fù)油管上扣時(shí)，應(yīng)使用對(duì)扣、引扣鉗和扭矩儀等設(shè)備，并按照規(guī)定扭矩及上扣速度上扣。
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