胜利油田孚瑞特石油钢管有限公司 山东东营
摘要：指出用中径规测量中经控制紧密距的可操作性。套管外径公差、椭圆度对螺纹加工带来的影响。对上扣扭矩-J值检验进行了分析。
关键词：螺纹；中径；外径；椭圆度；上扣扭矩-J值
1.引言
套管是油井管的重要组成部分，是封隔地层和产出油气的唯一通道，在油气勘探开发中具有举足轻重的地位。其螺纹参数加工精度和螺纹连接质量直接影响使用的安全可靠性和油井的开采寿命。严格控制螺纹加工质量，加强螺纹检验，防止螺纹质量不合格的管子下井，可最大限度避免或减少油井管失效事故的发生，从而降低经济损失。
2.中径检验
使用螺纹量规测量螺纹的紧密距，主要目的之一就是测量螺纹的中径，一套螺纹量规对应一种规格的螺纹，配齐所有规格的量规，成本会大大提高，大口径套管螺纹量规本身较重，在检验过程中不容易保证螺纹和量规同轴旋合，量规的硬度远高于管体螺纹，在检验紧密距过程中，一旦两者发生干涉，容易划伤螺纹甚至粘扣，大大降低了测量的可操作性。由于紧密距不仅受中径的影响，而且受螺纹单参数和不圆度等多种因素的影响，因此，通过控制紧密距的办法并不能达到控制中径的目的。中径规实际上是通过相对测量法测量外螺纹的大径和内螺纹的小径，一套中径规配上不同规格的标准杆后，可以测量多种规格的螺纹。中径规操作轻便、测量精度高、准确性好、重复性高，而且测量方便，易保证互换性。
API 5B在补充要求SR22增强型抗泄漏LTC连接对螺纹的中径均值和中径椭圆度都有要求。许多厂家目前均开始控制螺纹中径公差，尤其是特殊扣套管，将中径测量作为螺纹检验的主要项目，测量时不损伤螺纹，并且有效的掌握紧密距变化情况，对提高套管螺纹的质量有较大的作用。因而，在螺纹检验，特别是大口径和特殊扣套管螺纹检验中，传统的螺纹量规测量紧密距已有逐渐被螺纹中径规取代的趋势。
3.套管外径公差对螺纹加工的影响
.png)
圆螺纹套管基本螺纹参数如图中所示，API 5B中，全顶螺纹最小长度Lc是保证套管与接箍连接强度及其可靠性的重要参数，在Lc内要求加工的螺纹均是全顶螺纹，手紧面处螺纹中径E1是螺纹各部分要素进行计算、测量和检验的基本尺寸，因此在计算加工出合格螺纹的最小管子外径时，将Lc、E1作为计算的两个基本依据。
设手紧面中径处的管子外径为D1，管端至手紧面处长度L1，全顶螺纹最小长度Lc处管子外径为DLC，H为圆螺纹理论牙型高度，SCS为牙顶间隙。则计算公式如下：
D1= E1+H-2SCS
DLC= D1-（L1-Lc）/16
.png)
表中DLC对同一规格的套管数据进行了计算，可以发现，在考虑齿高偏差的情况下，7-5/8〞～20〞规格的套管在外径最小值Dmin时，加工出的螺纹，在Lc处已经不是全顶螺纹，不能保证完整螺纹最小长度Lc数值，为不合格品。
表中Q为偏梯螺纹镗孔直径，规格16〞～20〞套管在外径最大值Dmax时，Q小于Dmax，上扣时，管体和接箍发生干涉，接箍起始扣和管体外螺纹消失处啮合面容易粘扣，不能有效保证螺纹连接强度。
因此，外径既不能控制到公差下限。也不能控制到公差上限，否则容易产生不合格品。
4.椭圆度控制
如果套管椭圆度过大，不加以控制的话，会导致在螺纹加工中出现黑顶螺纹（俗称黑皮扣），影响套管螺纹连接质量，在管端加工中会出现内倒角不全的现象，下井后会划伤分离油套管的封隔器，不能有效封隔，容易导致套管偏磨严重，从而降低套管的强度，加剧套管损坏。
随着椭圆度的增加，套管的挤毁强度会降低，椭圆度对挤毁强度理论上将产生25%的影响，SY/T5989中对椭圆度的要求为：规格9-5/8及以下椭圆度≤0.5%，规格10-3/4及以上椭圆度≤0.65%。但是对于规格16〞～20〞大口径套管，椭圆度到上限的情况下，同一截面外径相差2.7～3.3mm，加工时同样容易出现黑皮扣，因此有必要对套管的椭圆度进行控制，使外径差限定在一定范围内，有助于提高套管加工质量，延长套管使用寿命。
5.上扣扭矩-J值的检验
手紧紧密距A是螺纹机紧上扣的基本余量，即手紧到位后机紧的圈数，J值是指套管圆螺纹机紧后端面至接箍中心面的距离，理想状态下，若机紧圈数与手紧紧密距相同，螺纹机紧后J值正好是标准规定值。J值的大小和套管内、外螺纹的加工精度、公差配合、工厂端上扣扭矩都有关系。
API RP 5C1规定圆螺纹套管J值公差为±6.35mm，外径114.3～339.72mm的圆螺纹套管，规定了推荐上扣扭矩的最佳扭矩，最小和最大扭矩分别为最佳扭矩上下浮动25%，如果上紧后，接箍端面在超前和滞后螺纹消失点2圈螺纹（即6.35mm），说明此扭矩是合理的。如果扭矩到最大扭矩，接箍端面距离螺纹消失点仍大于2圈螺纹距离，即外露扣为2圈，则说明螺纹加工质量或上扣过程中有问题，外露扣过长，会导致螺纹过盈圈数减少，进而降低螺纹的密封性能和连接强度，针对该情况，可以把管体螺纹适当增大锥度和减小紧密距，减少外露扣。若接箍端面滞后消失点过多，容易导致螺纹连接过紧，出现粘扣情况，针对该情况，可以把管体螺纹适当减小锥度和增大紧密距，减少过盈量。将管体和接箍配合到一个最佳状态。
对J值进行检验，克服了工厂端上扣扭矩及圈数无法检验的缺陷。但是，单纯控制J值进行上扣，并不一定获得高质量的螺纹连接效果，必须采用扭矩-J值的上扣方法进行上扣才更为合理，在控制扭矩的前提下，同时检查J值，对上扣才有积极意义。
6.结论
1）在大口径和特殊扣套管螺纹检验中，中径规测量已较为广泛，具有较强的可操作性。
2）API 5CT规定套管外径公差为+1%D～-0.5%D，在公差下限的情况下，完整螺纹最小长度Lc不满足要求，在公差上限的情况下，大口径套管外径和接箍镗孔直径发生干涉，应对外径公差进行适当调整。
3）套管椭圆度影响螺纹合格率、下井使用寿命等，尤其是大口径套管椭圆度，应当加以控制。
4）上扣时，同时检测扭矩和J值数据，将管体和接箍配合到最佳状态，可以准确掌握螺纹加工质量和连接质量。
参考文献：
[1]API Spec 5B套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验规 2017第16版
[2]API Spec 5CT套管和油管规范 2019第10版
[3]API RP 5C1 套管、油管的维护和使用推荐作法 1999 第18版
[4]API Bull 5C3 套管、油管、钻杆和管线管性能计算公式公报 1999 第6版
[5]SY/T5989 直焊缝套管国外订货技术条件 1994
[6]史交齐，高连新，赵克枫，韩勇.API圆螺纹套管锥度公差和中径公差的控制.石油机械 1999
[7]蔡正敏，张军，申朝廷，靳美成，张树佳.非均匀载荷下套管椭圆度对抗挤强度的影响 石油矿场机械 2010