專利名稱：外加厚油管和套管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及油井完井過(guò)程中和采油過(guò)程中所使用的油管和套管，統(tǒng)稱為石油 管。本實(shí)用新型不但提供了一種螺紋聯(lián)接時(shí)具有優(yōu)質(zhì)密封和抗拉強(qiáng)度與管體本身抗拉強(qiáng)度 相等的系列外加厚油管和系列外加厚套管，并且還給出了一種新的系列外加厚油管和系列 外加厚套管的新制造方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)每年消耗石油管達(dá)120多萬(wàn)噸，耗資達(dá)100億元，加之歷年勘探和開發(fā)所積累 和在用的石油管數(shù)量十分巨大，因此石油管是石油工業(yè)勘探和開發(fā)最重要的一種裝備。近幾年來(lái)我國(guó)各油田所使用油管和套管均采用平式油管和平式套管(即非外加 厚套管)，其聯(lián)接螺紋采用API專用石油螺紋聯(lián)接。平式油管和平式套管的螺紋抗拉強(qiáng)度 只有管體本身抗拉強(qiáng)度的80%左右，當(dāng)油井深度增加，或遇阻解卡時(shí)常發(fā)生螺紋聯(lián)接處斷 裂現(xiàn)象。由于聯(lián)接處強(qiáng)度低，現(xiàn)場(chǎng)使用中它的應(yīng)用受到了限制。API螺紋普遍存在一定漏 失量，由于其漏失發(fā)生在井下，在地面人們看不到，這種漏失的危害又常常被忽略。為了解 決螺紋連接強(qiáng)度，目前國(guó)內(nèi)外已有外加厚油管，它的生產(chǎn)方法是在鋼管廠將其兩端鐓粗，然 后將其兩端加工成專用石油螺紋，此種技術(shù)應(yīng)用僅限于油管，由于它加工工藝復(fù)雜、成本非 常高，只是在油井有特殊的技術(shù)要求下使用它，在油田它應(yīng)用規(guī)模很小，不能大規(guī)模推廣使 用，它的聯(lián)接仍采用API螺紋，因此現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，也發(fā)生漏失現(xiàn)象，這是因?yàn)锳PI螺紋制造間 隙公差允許0. 076 mm，這樣間隙存在于嚙合面或螺紋頂和根之間，螺紋密封主要依靠螺紋 密脂中所含有軟金屬微粒在壓力作用下產(chǎn)生的橋接，其密封取決于緊扣圈數(shù)、加工精度及 現(xiàn)場(chǎng)操作人員規(guī)范程度，因此它的密封是上述各種因素的函數(shù)。自從上世紀(jì)60年代美國(guó)公布API螺紋標(biāo)準(zhǔn)以來(lái)至今，API螺紋仍有較大的優(yōu)點(diǎn)， 即它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，抗扭矩大，管柱不松動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此本實(shí)用新 型的技術(shù)方案，仍然保留原來(lái)油管和套管上的API螺紋，只是在API螺紋的尾部增加2個(gè)容 易實(shí)施可靠的新的密封結(jié)構(gòu)。目前將平式油管用摩擦焊接方法制成外加厚油管在國(guó)內(nèi)未見報(bào)導(dǎo)，也未見其應(yīng) 用，本實(shí)用新型所涉及的外加厚套管在國(guó)內(nèi)至今未見報(bào)導(dǎo)，也未見其應(yīng)用，目前，在我國(guó)用 摩擦焊接方法生產(chǎn)石油管的產(chǎn)品是Φ 127mm鉆桿，已形成了很大的生產(chǎn)規(guī)模，也公布了相 應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5561-92。隨著在陸上和海上油井鉆井深度的增加，它需要聯(lián)接強(qiáng)度大于或等于管體本身的 高強(qiáng)度套管，隨著腐蝕性和高壓油氣井生產(chǎn)，以及稠油油井注入高溫高壓水蒸氣，使API螺 紋的應(yīng)用環(huán)境更加嚴(yán)峻，應(yīng)用條件更加惡劣，這些無(wú)疑會(huì)導(dǎo)致油管和套管使用中發(fā)生漏失。 如果套管螺紋聯(lián)接處發(fā)生漏失，則油井固井失效，產(chǎn)生串槽，不能實(shí)現(xiàn)分層開采技術(shù)，并且 由于漏失的液體腐蝕油井套管，油井壽命縮短，而油井的壽命又決定油田的壽命。如果油管 聯(lián)接處發(fā)生漏失，導(dǎo)致每口抽油井每天產(chǎn)液量減少5-10%，我國(guó)有幾十萬(wàn)口抽油井，顯然每 天因螺紋聯(lián)接處產(chǎn)生漏失量導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失是十分巨大的。因此，提高螺紋連接強(qiáng)度，提供螺紋的優(yōu)質(zhì)密封是適應(yīng)上述工況發(fā)展的需要。發(fā)明內(nèi)容目的本實(shí)用新型目的是提供一種油井油管套管螺紋聯(lián)接強(qiáng)度和管體抗拉強(qiáng)度相等，并 且具有多重優(yōu)質(zhì)密封的系列外加厚油管和系列外加厚套管。技術(shù)方案本人曾申請(qǐng)過(guò)油管套管聯(lián)接螺紋，獲專利號(hào)ZL200420086914. 3其技術(shù)方案是一 根油管或套管制作二個(gè)公接頭和一個(gè)母接頭。本次實(shí)用新型的技術(shù)方案作了兩處改進(jìn)，一 是將油管和套管的一端摩擦焊接一個(gè)公接頭，其另一端摩擦焊接一個(gè)母接頭，母接頭內(nèi)設(shè) 有API螺紋與公接頭上的API螺紋相互連接，母接頭一端縮經(jīng)到與管體外經(jīng)尺寸大小一 致，這種改進(jìn)對(duì)于一根油管和套管的制作減少一個(gè)公接頭，進(jìn)而降低成本，另一處改進(jìn)是將 管體與母接頭和公接頭摩擦焊的兩端鐓粗，其鐓粗直徑的大小與母接頭和公接頭內(nèi)外徑一 致。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)用摩擦焊接方法生產(chǎn)的Φ 127mm鉆桿在陜北油田鉆井過(guò)程中在摩 擦焊口處發(fā)生斷裂造成油井事故，具統(tǒng)計(jì)斷裂次數(shù)十分微小，但是造成危害是十分巨大的， 有的將導(dǎo)致油井報(bào)廢，因此，提高摩擦焊接處的接觸面積，由此增加此處抗拉強(qiáng)度是必要 的。具體技術(shù)方案作法如下1、對(duì)于不同公稱直徑的油管聯(lián)接螺紋，在端部聯(lián)接處采用該公稱直徑所對(duì)應(yīng)的外 加厚油管API螺紋聯(lián)接。對(duì)于不同公稱直徑的套管聯(lián)接螺紋，在端部聯(lián)接處，如套管公稱直 徑分別為4. 5吋采用5. 0吋、5. 0吋采用5. 5吋、6. 625吋采用7. 0吋、7. 0吋采用7. 625吋 的API套管螺紋聯(lián)接。2、對(duì)于一根油管和套管摩擦焊接前將其管體兩端鐓粗。3、對(duì)一根油管或套管制作一個(gè)公接頭和一個(gè)母接頭，母接頭一端設(shè)有API螺紋， 一端制成縮徑結(jié)構(gòu)。4、油管或套管兩端公接頭和母接頭與對(duì)應(yīng)公稱直徑的管體采用摩擦焊接的方法 焊接成一個(gè)整體，構(gòu)成外加厚油管和套管。5、公、母接頭的結(jié)構(gòu)由兩部分組成，一是保留原API螺紋結(jié)構(gòu)，二是在公接頭尾部 設(shè)有API螺紋，API螺紋尾部設(shè)有金屬圓滑凸起和0形膠圈盤根槽，0形膠圈盤根槽內(nèi)安裝 0形膠圈。6、油管和套管公接頭內(nèi)徑與其管體內(nèi)徑相同。7、油田采油所用的舊油管可用上述方法作再生處理，即先將原油管兩端的API螺 紋車掉，將兩端鐓粗，再將預(yù)先加工好的新型公接頭和母接頭用摩擦焊接方法焊在管體的 兩端，構(gòu)成外加厚油管。有益效果本發(fā)明將油井的油管和套管的端部聯(lián)接采用外加厚螺紋聯(lián)接，進(jìn)而使管體抗拉 強(qiáng)度和螺紋抗拉強(qiáng)度相等，則導(dǎo)致油井所用鋼材大幅度下降。如一口油井深2000m、外 徑0114. 3mm、壁厚6. 35mm、鋼級(jí)N80、16. 9kgf/m的油管，當(dāng)采用本技術(shù)方案時(shí)，其管 體和螺紋抗拉強(qiáng)度均為(11. 432-10. 162) X0. 785cm2X60000N/cm2 = 129. IXlO4N;當(dāng)采用原方案即平式油管聯(lián)接方法，當(dāng)壁厚達(dá)到8mm、20. 97kgf/m時(shí)管體的最大抗拉負(fù)荷為 (11. 432-9. 832) X0. 785cm2X60000N/cm2X0. 8 = 128. 2X IO4N0 當(dāng)兩種技術(shù)方案抗拉強(qiáng) 度相同，當(dāng)不計(jì)聯(lián)接處鋼材重量的增加時(shí)，本技術(shù)方案所用鋼材為16. 9kgf/mX2000m = 33800kgf = 33. 8X 103kgf = 33. 8X IO3X9. 8N0 即質(zhì)量為 33. 8t。原方案所用鋼材為 20. 97kgf/mX 2000m = 41. 94X IO3X 9. 8N0即質(zhì)量為41. 94t。兩方案比較，原方案多用鋼 材為41. 94t-33. 8t = 8. 14t。則新方案節(jié)約成本為(41. 94t_33. 8t) X0. 63 萬(wàn)元 /t = 5. 13萬(wàn)元。顯然，當(dāng)油井深度增大，油管或套管公稱直徑增大及油井?dāng)?shù)量增多時(shí)，采用本實(shí) 用新型將節(jié)約更多的費(fèi)用。目前，我國(guó)各無(wú)縫鋼管廠所生產(chǎn)的無(wú)縫鋼管，存在最大質(zhì)量問(wèn)題是鋼管的外徑幾 何形狀不能滿足油田用戶的要求。例如用戶要求鋼廠生產(chǎn)0127. 4mmX6. 43mm的無(wú)縫 鋼管時(shí)，用戶要求的外徑形狀公差最小尺寸為0127. 4mm,最大尺寸為0128. 4mm時(shí)， 鋼廠交貨時(shí)很多鋼管的外徑尺寸存在較大的橢圓度和公差達(dá)不到用戶要求，長(zhǎng)軸外徑最大 可達(dá)0129. Oinm,短軸最小外徑可達(dá)0126. 8ram。用戶兩端車螺紋時(shí)，產(chǎn)生較長(zhǎng)的“黑頂 螺紋”，使螺紋存在缺欠和缺陷。鋼廠在解決上述問(wèn)題時(shí)，一般采用外徑取正公差，壁厚取負(fù) 公差，即用鋼管外徑增大來(lái)解決“黑頂螺紋”問(wèn)題，這樣做，表面成材率高，但由于壁厚減薄， 加工螺紋后齒底截面厚度必然減薄，直接影響聯(lián)接強(qiáng)度，同樣使鋼管存在質(zhì)量缺欠和缺陷。 用戶在解決上述問(wèn)題時(shí)，往往采用即加大鋼管外徑又加大鋼管壁厚的做法，這樣必然增加 用戶的生產(chǎn)成本。當(dāng)然在實(shí)施上述技術(shù)方案時(shí)，鋼廠可采用把鋼管兩端鐓厚變粗的方案，但此方案 與本技術(shù)方案比較，鋼廠成本將會(huì)大幅度增加，所以，目前大多數(shù)鋼廠沒(méi)有采用此方案。油田采油所用的舊油管，采用本技術(shù)方案再生處理，經(jīng)濟(jì)效益可觀。因?yàn)榕f油管再 生后等于重新購(gòu)置一套新的外加厚油管不但聯(lián)接強(qiáng)度高，而且提供優(yōu)質(zhì)密封。外加厚油管 的價(jià)格是普通平式油管價(jià)格的1. 3倍以上，而舊油管的價(jià)格為新油管價(jià)格的0. 7倍左右，則 一套油管可創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值是原來(lái)的1. 3/0. 7 = 1.86倍。我國(guó)有幾十萬(wàn)多口抽油井，計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益取5萬(wàn)口，每口井產(chǎn)液量平均估計(jì)為 15t/d，含水率估計(jì)為0. 73，則產(chǎn)油量為15t/dX(l-0. 73) = 4. 05t/d。當(dāng)采用本發(fā)明 所提供的油管抽油時(shí)，每口井每天提高的產(chǎn)油量?jī)H為2%時(shí)，則全國(guó)每天提高的產(chǎn)油量為 4. 05t/d. 口井 X 0. 02X50000 口井=4050t/d，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為 4050t/dX2000 元/t =810 萬(wàn)元/d。以下結(jié)合附


圖1和附圖2進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)。
圖1是實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)剖面圖。圖2是油套管某一端聯(lián)接方式的結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖1給出了母接頭[1]、摩擦焊口 [2]、兩端管體鐓粗部分[3]、管體W]、公接頭 [5]、金屬圓滑凸起[6]、0形膠圈[7]、0形膠圈盤根槽[8]、API螺紋[9]圖2給出了公接頭[5]上的API螺紋[9]、0形膠圈[7]、金屬圓滑凸起[6]與母 接頭[1]的配合狀況。
具體實(shí)施方式
圖1中的管體[4]與母接頭[1]采用摩擦焊接；摩擦焊口 [2]是管體[4]與母接 頭[1]及公接頭[5]與管體[4]兩端管體鐓粗部分[3]摩擦焊接后形成的，公接頭[5]的 一端設(shè)有API螺紋[9]，API螺紋[9]的螺紋尾部設(shè)有金屬圓滑凸起[6]和0形膠圈盤根槽 [8]，0形膠圈盤根槽[8]的槽內(nèi)安裝0形膠圈[7]；金屬圓滑凸起[6]與母接頭[1]配合處 采用過(guò)盈配合，從而產(chǎn)生超過(guò)密封壓力的接觸應(yīng)力，由此達(dá)到密封；0形膠圈盤根槽[8]的 結(jié)構(gòu)與母接頭[1]的金屬配合采用動(dòng)配合；API螺紋[9]采用我國(guó)最近推薦螺紋標(biāo)準(zhǔn)加工。上述結(jié)構(gòu)中金屬圓滑凸起W]與母接頭[1]配合是屬于金屬對(duì)金屬的切點(diǎn)密封、 0形膠圈[7]結(jié)構(gòu)屬于0形膠圈密封、API螺紋[9]屬于API螺紋密封。因此
圖1結(jié)構(gòu)提供 了具有三重密封功能，它提供了可靠的優(yōu)質(zhì)密封。API螺紋是錐度螺紋，在不同上扣扭矩及公母扣之間的相對(duì)位移與標(biāo)準(zhǔn)位移比 較，變化范圍一般可小于0 8mm，因此母接頭[1]的端部另多留有8mm的柱面密封結(jié)構(gòu)，目 的是當(dāng)小于標(biāo)準(zhǔn)位移達(dá)8mm時(shí)，金屬圓滑凸起[6]不外露，仍處在母接頭[1]的端部柱面內(nèi) 得到保護(hù)。金屬圓滑凸起[6]及0形膠圈[7]與母接頭[1]的接觸配合屬于無(wú)錐度的柱面 配合，它們之間相對(duì)位移時(shí)，仍保持良好的優(yōu)質(zhì)密封。
圖1中公接頭[5]的抗拉危險(xiǎn)斷面發(fā) 生在安裝0形膠圈[7]的0形膠圈盤根槽[8]內(nèi)，由此將0形膠圈盤根槽[8]的最小直徑 設(shè)計(jì)為略大于管體本身外徑0. 5mm以上，并且0形膠圈盤根槽[8]的底角和上部棱角均采 用圓滑過(guò)渡，進(jìn)而減弱了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的應(yīng)力集中現(xiàn)象，油管和套管公接頭[5]的內(nèi)徑與 管體W]內(nèi)徑相同。本技術(shù)方案的公接頭[5]和母接頭[1]采用預(yù)先加厚并加工好，之后再與管體[4] 摩擦焊接，公接頭[5]加工時(shí)由于長(zhǎng)度很短，特別適合數(shù)控車床加工，這樣做無(wú)疑會(huì)大幅度 提高螺紋加工精度，進(jìn)而提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度，聯(lián)接螺紋均為優(yōu)質(zhì)螺紋，并且母接頭[1]也用 數(shù)控車床加工，同樣也是優(yōu)質(zhì)母接頭[1]。公接頭[5]和母接頭[1]與管體[4]采用摩擦焊 接，焊接速度快，可靠性好，一般不存在焊接質(zhì)量缺欠。公接頭[5]和管體[4]、管體[4]和母接頭[1]焊接后執(zhí)行焊后熱處理制度，即焊 后進(jìn)行高溫回火處理，焊口進(jìn)行100%射線探傷檢驗(yàn)，之后將摩擦焊口 [2]內(nèi)外凸出部分用 車床加工平整。公接頭[5]和母接頭[1]的螺紋按國(guó)家規(guī)定的API標(biāo)準(zhǔn)加工，加工完后進(jìn) 行抽檢打壓試驗(yàn)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案中，在端部連接處，如套管公稱直徑為4. 5吋采用5吋，5吋 采用5. 5吋，6. 625吋采用7. 0吋，7. 0吋采用7. 625吋。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最經(jīng)濟(jì)壁厚來(lái) 說(shuō)不是十分合理的，有的安全系數(shù)過(guò)大，經(jīng)濟(jì)效果較差，成本高。本實(shí)用新型為追求結(jié)構(gòu)新 穎性，可以設(shè)計(jì)成更為合理的經(jīng)濟(jì)壁厚，但是這種所謂合理的經(jīng)濟(jì)壁厚，目前國(guó)內(nèi)外沒(méi)有 相應(yīng)的配套機(jī)具與其配合，如螺紋檢驗(yàn)規(guī)等，但當(dāng)本實(shí)用新型有一定的應(yīng)用規(guī)模時(shí)，可不受 上述尺寸的限定，可建立新的合理標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)成為更為合理的壁厚。母接頭[1] 一端設(shè)有API螺紋，其另一端制成縮徑結(jié)構(gòu)，其縮徑端面尺寸與管體 [4]上管體鐓粗部分[3]的端面尺寸相同。
權(quán)利要求1.一種外加厚油管和套管，包括母接頭、公接頭、0形膠圈、0形膠圈盤根槽、金屬圓滑 凸起、管體鐓粗部分、摩擦焊口、管體及API螺紋，其特征在于管體[4]與母接頭[1]、管體 [4]與公接頭[5]采用摩擦焊接的方法焊成一個(gè)整體，構(gòu)成油管和套管，公接頭[5]的一端 設(shè)有API螺紋[9]，API螺紋[9]的尾部設(shè)有金屬圓滑凸起[6]和0形膠圈盤根槽[8]，0形 膠圈盤根槽[8]的槽內(nèi)安裝0形膠圈[7]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外加厚油管和套管，其特征在于對(duì)于不同公稱直徑的油管公 接頭[5]與母接頭[1]的聯(lián)接API螺紋[9]，在端部聯(lián)接處采用該管體[4]公稱直徑所對(duì)應(yīng) 的外加厚油管API螺紋[9]聯(lián)接，且油管公接頭[5]的內(nèi)徑與管體[4]的內(nèi)徑相同，對(duì)于不 同公稱直徑套管公接頭[5]與母接頭[1]的聯(lián)接API螺紋[9]，在端部聯(lián)接處，如套管的管 體[4]公稱直徑分別為4. 5吋采用5. 0吋、5. 0吋采用5. 5吋、6. 625吋采用7. 0吋、7. 0吋 采用7. 625吋的套管API螺紋[9]聯(lián)接，且套管公接頭[5]的內(nèi)徑與管體W]內(nèi)徑相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外加厚油管和套管，其特征在于管體[4]兩端制成管體鐓粗 部分[3]。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述外加厚油管和套管，其特征在于母接頭[1]一端設(shè)有API螺紋， 其另一端制成縮徑結(jié)構(gòu)，其縮徑端面尺寸與管體[4]上管體鐓粗部分[3]的端面尺寸相同。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種外加厚油管和套管，它用于油井的完井和采油過(guò)程中。這種油管和套管由母接頭、摩擦焊口、兩端管體鐓粗部分、管體、公接頭、金屬圓滑凸起、O形膠圈、O形膠圈盤根槽、API螺紋所組成。其技術(shù)特征在于管體與母接頭、公接頭，采用摩擦焊接構(gòu)成油管和套管，公接頭一端設(shè)有API螺紋，API螺紋尾部設(shè)有金屬圓滑凸起和O形膠圈密封，母接頭和公接頭都是加厚加大的，因此本實(shí)用新型提供了一種螺紋聯(lián)接強(qiáng)度與管體抗拉強(qiáng)度相等，并具有多重優(yōu)質(zhì)密封的外加厚油管和套管。
文檔編號(hào)E21B17/042GK201826763SQ20102053037
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者孟祥湖 申請(qǐng)人:孟祥湖