修復油管脫扣原因分析及預防措施
2017-12-7 來源：中國石油集團石油管工程 塔里木油田 作者：龍 巖 李 巖 李小瑞 黃臘梅等
摘 要: 針對兩起 Φ73． 02 mm × 5． 51 mm NU 修復油管脫扣事故案例，對修復油管脫扣原因進行系統分析。分析表明，無鋼級分選、螺紋加工精度低與上扣質量差是導致修復油管脫扣的主要原因。同時，從廠家修復及現場操作方面提出了相關的預防措施，以避免再次發生此類油管脫扣事故，保障油田生產安全。
關 鍵 詞: 修復油管; 螺紋加工; 脫扣
0 引 言
油管作為井下輸送介質的通道，由于其在服役過程中受介質環境、自重、內壓、溫度、彎曲載荷、抽油系統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，應根據實際情況對服役油管進行檢測修復，提高舊油管的使用壽命［1，2］。油管修復是保障油田生產安全的重要手段，也是實現降本增效目標的有效措施。螺紋接頭修復是油管修復工藝中的重要環節，API螺紋由于加工成本低、互換性好，在修復油管中被廣泛使用。近年來，API 螺紋接頭修復油管脫扣事故時有發生，油管脫扣后，需對事故井停產，進行油管打撈、檢測、修復及更換管柱作業，影響油田正常生產經營，造成巨大經濟損失。
本文結合兩起 Φ73． 02 mm × 5． 51 mm NU修復油管 API 螺紋接頭脫扣事故案例，對修復油管脫扣原因進行綜合分析，并提出相關預防措施，以避免類似脫扣事故再次發生。
1 、修復油管脫扣失效案例
1． 1 案例一
2014 年 4 月，某 井在進行檢抽作業時，Φ73． 02 mm× 5． 51 mm N80 NU 修復油管接頭現場端脫扣。脫扣螺紋存在明顯粘扣現象，如圖 1( a) 所示; 對該油管現場端螺紋上扣痕跡觀察后發現，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。該油管脫扣原因為現場高速上扣導致粘扣，上扣扭矩不足導致上扣不到位。
圖 1 脫扣油管接頭宏觀形貌
1． 2 案例二
除現場上扣端脫扣事故，近年來修復油管工廠端脫扣事故也時有發生。2015 年 9 月，某井進行壓井作業時，Φ73． 02 mm × 5． 51 mm N80 NU 修復油管接頭工廠端脫扣，該油管自修復后下井至失效歷時僅 9 天，油管修復質量存在嚴重問題。
圖 2( a) 為脫扣油管上扣位置圖，可見脫扣工廠端上扣至 16 ～ 17 扣，相鄰現場端上扣至 16扣，兩端均未見外露扣; 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為修復廠家上扣時螺紋粘扣。
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，廠家修復質量和現場操作是影響修復油管使用性能的重要因素。修復油管由于長期流轉修復、使用，其脫扣原因通常與材質、螺紋加工和上扣質量有關。
2． 1 無材質分選環節
舊油管在初選分類時，修復廠家應確定油管原始鋼級，并按鋼級進行標識、分類碼放，但在實際修復過程中，誤標鋼級甚至錯用新接箍現象普遍存在。根據修復廠家提供數據，上述兩起失效案例中脫扣油管及接箍均為 N80 鋼級，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結果，試驗結果表明脫扣油管及接箍拉伸性能不滿足 API Spec 5CT 對 N80 鋼級要求，而滿足 P110 鋼級要求，說明修復廠家對油管及接箍鋼級誤標。
案例一中油管上扣不到位是導致油管脫扣的重要原因，P110 鋼級油管的推薦上扣扭矩高于 N80 鋼級，由于廠家對鋼級誤標，作業隊在現場上扣時采用廠家推薦的 N80
鋼級上扣扭矩進行上扣，是導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結果，試驗結果表明脫扣接箍拉伸性能不滿足 API Spec 5CT 對 N80鋼級要求，而滿足 P110 鋼級要求，說明修復廠家對接箍鋼級誤標。由于 API Spec 5CT 允許低鋼級油管連接高鋼級接箍，工廠上扣時采用油管鋼級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象; 但若廠家錯用低鋼級接箍連接高鋼級油管，采用油管鋼級推薦扭矩上扣，接箍可能發生粘扣影響螺紋連接強度。
表 1 案例一脫扣油管及接箍拉伸試驗結果
表 2 案例二脫扣油管及接箍拉伸試驗結果
調研發現，部分修復廠家為節約成本，無鋼級分選環節，對于不可確定鋼級但明確同批油管中最低鋼級的舊油管，廠家一律降級至最低鋼級標準進行修復，更換的接箍鋼級同油管所降鋼級一致。修復油管因原始鋼級未知而降級修復會存在兩種情況，即: 油管原始鋼級與降級修復鋼級一致; 油管原始鋼級高于降級修復鋼級。
若為第一種情況，按照油管修復鋼級的推薦扭矩上扣，可保證油管的連接強度; 若為第二種情況，由于高鋼級油管上扣扭矩高于低鋼級，按照油管修復鋼級推薦扭矩上扣，會造成油管上扣不到位，降低連接強度，極大增加油管脫扣風險。
2． 2 螺紋加工精度低
螺紋加工參數存在偏差、表面質量差會對內外螺紋匹配度及密封性產生不利影響，嚴重時會在螺紋連接局部產生較高接觸壓力，導致螺紋粘扣甚至脫扣［3，4］。對失效案例二中同廠家修復油管進行螺紋檢測及上卸扣試驗，結果表明部分油管修復外螺紋接頭緊密距不符合API Spec 5B 要求，上卸扣試驗中存在粘扣現象，說明該廠家螺紋修復質量較差，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系。經調研得知，部分修復廠家沒有按照質量工藝要求配置設備，螺紋加工設備老舊、自動化程度低、人員技術水平較低、檢測量規精度差，螺紋加工精度較低。
2． 3 上扣質量差
大多數油管脫扣事故與螺紋粘扣有關，除螺紋加工精度外，油管上扣時對扣、引扣不到位也是導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始第 1扣、第 2 扣牙頂均偏向承載面，其中起始扣變形嚴重，牙側完全嵌入牙底; 第 3 ～ 7 扣、14 ～ 16 扣牙頂變形流線組織均偏向導向面。
正常上扣情況下，若油管接頭拉脫失效，外螺紋牙型應整體偏向導向面，與上扣方向相同，而該油管外螺紋小端反向變形，并不是由脫扣引起的，應為上扣操作不當造成。外螺紋損傷位置在小端，說明工廠端上扣時未按正確規范進行引扣操作。工廠端引扣不到位，螺紋未正常嚙合，外螺紋小端造成嚴重損傷粘扣，進而導致內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，上扣速度過快會對螺紋嚙合面產生沖擊載荷，容易損傷螺紋，導致粘扣錯扣。API ＲP 5C1 對油管上卸扣速度有嚴格規定，以防止快速上扣對螺紋造成損傷。上扣扭矩曲線是追溯油管上扣質量的重要數據，調研發現，個別修復廠家未能提供詳實上扣扭矩曲線，上扣時存在高速上扣現象。修復油管在現場使用過程中也存在較嚴重上扣質量問題，作業隊存在上扣時不使用對扣、引扣鉗和扭矩儀等設備現象。目前絕大多數現場上扣端脫扣事故與現場上扣操作不當有關，案例一中螺紋存在粘扣現象即為現場高速上扣所致。修復油管因使用條件限制，多服役于低壓井、注水井、注氣井等，作業隊往往對此類工況作業重視程度不足，易出現操作不規范現象。
3 、預防措施
3． 1 明確油管鋼級
油管修復涉及多項工藝，如初選、校直、清洗、探傷、試壓、螺紋加工、換接箍、檢驗及儲存運輸等［6］。舊油管修復前鋼級標識不清，是影響油管修復質量的突出問題。現有油管修復執行標準 Q/SH 0180 － 2008《油管修復質量要求》、Q/SH 1020 0380 － 2007《油管修復生產線設備技術條件》對舊油管修復工藝有明確要求，油管所換接箍鋼級材質應與管體相同，并按照推薦扭矩上扣，即對舊油管原始鋼級進行判定。
修復廠家應嚴格管理修復流程，按照標準要求進行修復; 對于多次周轉使用油管，可通過表面硬度儀、渦流分析儀等設備進行鋼級、材質區分，無法確定鋼級、材質的，應放大判廢標準。回收區油管應按鋼級、材質、規格分選存放，完成每道工序后應做好標識、記錄。
3． 2 提高螺紋加工精度
修復廠家應對老舊螺紋加工車床進行現代化升級，配置加工精度高的數控車床生產線，減小工人勞動強度，提高加工精度和工作效率; 對操作人員進行生產培訓，并定期進行技術考核; 對螺紋檢測量規按期校正檢驗，嚴格杜絕僅憑經驗用肉眼判斷螺紋是否合格現象;引入第三方檢測機構對產品精度進行檢測，并向用戶提供質量檢測報告。加工螺紋經檢測符合 API Spec 5B 標準要求后，均勻涂抹螺紋脂并安裝護絲，以防止上扣或運輸過程中碰傷螺紋。
3． 3 保障油管上扣質量
油管上扣時應正確使用對扣、引扣鉗和扭矩儀等上扣設備，保障油管上扣時對中、不偏斜，并按照規定上扣速度進行上扣。修復廠家應詳細記錄每根油管上扣扭矩數據，換接箍后對油管逐根進行試壓檢驗。
3． 4 現場規范管理
修復油管脫扣往往是修復質量與現場操作綜合作用的結果。油管在現場使用時，隨意擺放吊裝造成螺紋磕碰、上扣操作不規范、上提油管柱作業時遇阻強行提拉管柱均有可能導致油管脫扣事故。
作業隊應加強責任心，重視修復油管下井作業; 現場運輸、搬運修復油管時注意保護螺紋，并嚴格按規章進行上扣操作
4 、結論及建議
1) 無鋼級分選環節、螺紋加工精度低及上扣質量差是導致修復油管接頭脫扣的主要原因。2) 修復廠家應從管理、設備、工藝方面嚴格把關，對舊油管鋼級進行嚴格分級分類，同時提高螺紋加工精度。3 ) 修復油管上扣時，應使用對扣、引扣鉗和扭矩儀等設備，并按照規定扭矩及上扣速度上扣。
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