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石油天然气学报2012年9月第34卷第9期JournalofOilandGasTechnologySp.2012Vol.34No.9

便捷快速上扣石油管接头设计

姜清兆，王跃曾

唐海雄，刘正礼

(中海石油(中国)有限公司深圳分公司海外及深水作业办公室，广东深圳518067)

李中(中海石油(中国)有限公司湛江分公司，广东湛江524000)

张新平(中海石油(中国)有限公司深圳分公司海外及深水作业办公室，广东深圳518067)

[摘要]介绍了一种在原来API专用偏梯型扣的基础上进行改进的新型便捷快速上扣石油管扣型接头。通过对每英寸螺牙数、锥度、螺牙形状、密封形式、扭矩台肩等方面进行改进，在高抗拉和高抗压性能、防止涡流发生、高耐疲劳性能以及下管速度等方面获得了更加优异的性能。

[关键词]便捷；快速；上扣；石油管扣型；设计

[中图分类号]TE953[文献标志码]A[文章编号]1000-9752(2012)09-0334-02

海洋石油勘探开发的应用环境和成本要求对石油管扣型接头提出了更高的要求，要求在满足综合使用性能的同时，还要满足快速上扣和延长使用寿命。因此，石油管扣型接头的改进设计对于海洋石油行业降低综合作业成本具有重要意义。为此，笔者主要介绍在原来API专用偏梯型扣的基础上进行改进后的一种新型快速丝扣接头的设计。

1偏梯形丝扣接头的优缺点分析

API偏梯形丝扣作为一款优秀的经济性丝扣已经被全球绝大多数石油天然气作业区块所接受并为广大作业者认同。作为API标准丝扣，偏梯扣的优点为：生产规范，维修方便；抗拉强度高。其缺点为：抗压性能不足；用于大口径管时不易对扣；密封性能较差；高流速下在“扭矩台肩”区易出现涡流冲蚀现象；上扣过程不易控制；耐疲劳性能低等。

在某些作业环境如海上作业时，所使用的丝扣必须拥有良好的机械性能且易上扣。偏梯扣的上述缺点成了制约其在这些作业环境下使用的主要因素。

2改进设计

为了解决以上问题，就需要对偏梯扣进行改进，在保持其原有优点的情况下对其存在的不足进行针对性的改进。为了获得所需要的性能，对偏梯扣进行以下几个方面的改进。

2.1每英寸螺牙数

每英寸螺牙数即丝扣上一英寸长度范围内有几颗螺牙。每英寸螺牙数可以体现丝扣在上至最终位置前所需要旋转的圈数或丝扣螺牙间相对滑动的距离。每英寸螺牙数越多，上紧所需要的圈数也就越多，螺牙间滑动距离也就越长。

由此可知，为了提高丝扣的上扣速度，可以采用降低丝扣每英寸螺牙数的方法；但是，减少丝扣每英寸螺牙数也会降低丝扣的连接强度。所以，快速上扣接头在设计时必须在每英寸螺牙数和丝扣连接强

[收稿日期]2012-06-12

[作者简介]姜清兆(1975-),男，2007年中国石油大学(华东)毕业，工程师，现主要从事海洋钻完井技术和管理工作。

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第34卷第9期

姜清兆等：便捷快速上扣石油管接头设计

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度间找到合理的平衡。

目前最成功且使用最为广泛的快速上扣接头的每英寸螺牙数为3颗或4颗。

2.2锥度

对于石油专用管丝扣来说，锥度越大意味着越容易对扣。所以快速上扣接头特别是应用于大口径钢

管上的快速上扣接头都对螺纹锥度进行了特别设计以达到快速无障碍对扣的目的。

2.3螺牙形状

螺牙形状主要是指螺牙的对扣角和承载角度数。对扣面是丝扣对扣过程中螺牙之间首先接触的面；对扣角是螺牙对扣面与钢管轴线垂直面之间的夹角。承载面是丝扣承受拉伸载荷时螺牙之间的接触面；承载角是承载面与钢管轴线垂直面之间的夹角。对扣面是对扣过程中的引导面；对扣角越大钢管公扣越容易进入母扣，换句话说，对扣角越大对扣越容易。

但是，过大的对扣角会导致钢管在承受压缩载荷时公扣易被挤入母扣。因此，在丝扣设计过程中必须在对扣难易程度和对扣角的大小之间找到合理的平衡点。

2.4扭矩台肩

对于石油专用管丝扣来说，设计扭矩台肩将上扣扭矩值限定在规定的数值内，操作时反映明显。

1)密封API油套管丝扣的密封性能较差，这是由于其密封是纹脂在井下环境中并不稳定，有可能会在一定时间流散，因此这种密封形式只能提供一定的流体密封。对于拥有扭矩台肩的丝扣来说，上紧后公扣鼻端纹脂可对丝扣提供双重密封效果并显著提高气密封性。

2)上扣控制API丝扣的上扣位置由管体上的三角标来确定；所施过程中过度上扣和判废的情况时有发生。而拥有扭矩台肩设计丝扣的上扣扭矩值由生产厂家可以大大降低由于错误上扣导致的判废现象发生。

3)抗压缩性能当API丝扣在压缩载荷作用下