油气井套管螺纹连接

小组成员：吴晓芳 胡壹惠 高默2014 年 4 月 18 日

• 我国目前石油的年产量占世界产量的 3.5%——4.5% ，油井管的消耗占世界年消耗的12% 。我国石油工业每年石油专用管材消耗达 120 万 t ，耗资人民币达 100 亿元，占石油工业总投入的 6/1 。一口普通的油井，所用油井管丝扣多达几百个，使用中只要有其中一个丝扣出了问题，轻则造成质量事故，重则油井报废。因此，油井管在石油工业中占着举足轻重的地位。

油井管油井管

• 管套是石油及天然气开采中用量最大的一种管材。它是靠内外螺纹旋合，将一根根钢管串接深入井下进行工作的。

• 典型的油气井需要三种套管：导管、表层导管和螺纹导管。根据可能钻入地层的情况，还需下入中间技术套管。有时还需下尾管，也可能下入两层技术套管。任何情况下，下入每层套管都有特殊作用，对顺利钻完油井很重要。

套管及套管的类别套管及套管的类别

油气井的井筒是由多层套管构成的油气井的井筒是由多层套管构成的

套管名称套管名称

每层套管外面都有一定高度被水泥固定。

下端必须被固定；上端与井口连接。

内层套管长度可达 8000 米。

水下井口系统

各层套管上端锁定并密封构成井口各层套管上端锁定并密封构成井口

18-3/4’’ 井头外壳10-3/4’’ 套管悬挂器

30’’ 导管井孔14’’ 套管悬挂器

（海底插入）

• 为了加工运输的方便，每根石油管套的长度一般在 10 米左右，使用时几百根套管通过螺纹连接在一起形成套管柱。

• 套管柱需要承受自重产生的很大的拉伸载荷和内外压力，抗拉和密封性能是套管螺纹接头的两个重要连接性指标。管套接头所承受的拉伸载荷是通过其上的螺纹来传递的，而对流体的密封作用也主要通过内外螺纹面的旋合来实现。

• 套管 86%的失效事故发生在螺纹连接处。

套管的螺纹连接套管的螺纹连接

套管螺纹连接方式：套管螺纹连接方式：• 本体两端加工成外螺纹本体两端加工成外螺纹

• 短接箍两端加工成内螺纹短接箍两端加工成内螺纹

套管螺纹连接照片 套管螺纹连接照片

10o 3o

API 偏梯形螺纹 API 圆螺纹

套管螺纹连接基本扣型套管螺纹连接基本扣型

套管螺纹有锥度套管螺纹有锥度

为了防止上扣过量需要有扭矩台肩

公端

金属 - 金属密封面 扭矩台肩

套管螺纹连接特征套管螺纹连接特征

有限元分析显示的密封面接触能量

CATS J an-2007

密封面接触长度

密封面接触压力

金属金属 -- 金属密封是为应对高压和腐蚀金属密封是为应对高压和腐蚀

例：例： TP-CQTP-CQ 套管特殊扣接头 套管特殊扣接头

锥 - 锥金属密封面

例：例： TP-CQTP-CQ 套管特殊扣接头 套管特殊扣接头

TP-CQ 特殊扣接头和 API 偏梯形螺纹接头齿高

TP-CQ API 偏梯形螺纹

公端螺纹齿度 0.062 " 0.062"

接箍螺纹齿高 0.070" 0.062 "

例：例： TP-CQTP-CQ 套管特殊扣接头 套管特殊扣接头

每英寸 (25.4mm)牙数 5

螺纹锥度 1:16

公端螺纹高度 0.062 "

接箍螺纹高度 0.070 "

螺纹承载面角度 3°

螺纹导入面角度 10°

密封面锥度 1:10

扭矩台肩角度 -15°

例：例： TP-CQTP-CQ 套管特殊扣接头 套管特殊扣接头

• 轴向力：主要由套管自重决定；• 上扣扭矩：套管之间通过上扣扭矩拧紧，

使内外螺纹过盈配合，产生一定的接触压力，加强接头的连接和密封性能；

• 内、外压力：井下液体、气体及泥浆及地层所产生的压力；

• 弯曲载荷：主要由于斜井造成的

套管的受力套管的受力

• 跳扣：外螺纹在轴向力作用下从内螺纹中跳出，而很少破坏扣型；

• 断口：管的端部的完整扣处断裂，一般管的端部完整扣处强度最低；

• 螺纹扣牙剪切：扣牙在剪力作用下从扣体上剥落；

• 屈曲：管体及接箍在轴压作用下的破坏

螺纹扣牙的失效螺纹扣牙的失效

WSPWSP 特殊螺纹接头油井管特殊螺纹接头油井管

• 主要适用于高压油井、中、高压气井和注蒸汽热采井。

• 主要由三部分组成，螺纹部分、密封部分和扭矩台肩部分。

• 有效地克服了 API圆螺纹和偏梯形螺纹的不足 , 螺纹达到了与管体等强度。

• 气密封能力达到了管体的内壁屈服压力。

具有多重密封结构具有多重密封结构

• 主密封采用柱面 /球面密封结构 ,这种设计使密封面的接触压力不受轴向载荷影响，其性能不 随拉伸载荷的增大而下降。同时为 了防止 密封 面处发生粘结 , 接头上 扣后 , 密封面处的等效应 力不能超 过材料的屈服极限。

• 承担副密封作用 的扭矩台肩为 -15°, 其接触压力随拉伸载荷施加而降低的程度也较小 ,使接头具有优 良的气密封性能。

国外油井管特殊扣的主要类型及其特点国外油井管特殊扣的主要类型及其特点

• 虽然 API圆螺纹有比较优良的密封性能但其螺纹部分的连接强度却只相当于管体部分的 60%-80% ，而 API偏梯形螺纹尽管螺纹部分连接强度较高，但密封性能不理想。

• 下面介绍几种特殊扣。

TMTM 特殊扣特殊扣

螺纹参数 (API BTC改进型 , 增加双金属密封 )：

• 承载面角度 3° 导向面角度 10°

• 锥度 1:16 每英寸牙数 5 牙 • 表面处理 ：内外螺纹磷化• 密封形式：锥面对锥面金属密封， 90° 台肩。• 特点：比较简单、 经济、实用可靠且用途广泛。

BDSBDS 特殊扣特殊扣

• 螺纹类型 API BC

• 密封形式： 反角 15° 扭矩台肩，锥面与球面密封

FOXFOX 特殊扣特殊扣

• 螺纹类型 API BC

• 密封形式 :球面对端面反向角扭矩台肩 , 螺纹前端螺距取正偏差 , 中部为 0 ，后端为负 , 螺纹旋合后愈拧愈紧。

双台阶特殊扣双台阶特殊扣

• 美国和阿根廷的分别研制开发了双台阶的特殊扣，有的用于平端油套管，有的用于加厚油管。抗扭矩的辅助密封台肩有的采用直角形式，有的采用反向角形式。

两种特殊扣两种特殊扣

ABST-L 锯齿形特殊螺纹• 此类螺纹一般用于直连型

加厚油管或小套管。

楔形特殊螺纹• 其抗弯曲、抗滑脱能力强

，多用于水平井等油气井中，亦可用于生产膨胀管。

谢谢！