套管滑套外管的加工

□ 劉永恒 □ 吳永勝 □ 韓讓平 □ 馬衛平

1.長慶油田公司 機械制造總廠 西安 710201

2.長慶石油勘探局 教育培訓中心 西安 710021

3.延長石油股份公司 井下作業工程部 陜西延安 716001

套管滑套分段壓裂是將套管滑套與套管連接在一起并一次下入井內，實施常規固井，再通過下入開關工具或投入蹩壓球或飛鏢，逐級將各層滑套打開，進行逐層壓裂，是對地層造縫的一種新技術。該技術中所用井下工具就是套管滑套，在套管滑套工具中，外管是該工具的關鍵零件之一。圖1所示為國內某制造廠生產的套管滑套外管，筆者結合該外管的結構特點及該廠的加工設備狀況，給出了外管的機械加工工藝。

1 套管滑套外管的功用

外管兩端通過螺紋連接上、下接頭，上、下接頭與φ139.7 mm（5.5″,1″=25.4 mm）套管連接。 在 φ120 mm孔內裝有滑套，滑套外徑與該孔通過橡膠密封圈密封。在外管壁上有8個寬12 mm、長度為128 mm的槽，通過投入鋼球座封于滑套一端的錐孔中，再憋壓剪斷外管與滑套之間的定位銷釘，促使滑套移動，從而打開滑套，8個長140 mm槽與地層連通，實施壓裂。

▲圖1 外管

2 套管滑套外管的結構

套管滑套外管長度為1 000 mm，最大外徑為175 mm，內孔120 mm為深孔，長徑比為8.3，該孔的加工屬于深孔加工，且與兩端螺紋M135×3 mm有較高的同軸度和較低的表面粗糙度要求。

3 套管滑套外管加工工藝

外管加工工藝過程如下。

（1）下料。采用圓鋼，材料42CrMo，尺寸φ185 mm×1 010 mm；

（2）平端面，打一端中心孔。由于圓鋼尺寸較大，質量較重，故安排在鏜床上加工。找正圓鋼軸線，平一端端面余量切除2 mm，劃線找端面中心，鉆中心孔。

（3）車外圓、端面、鉆孔。 ① 在CW6163車床上，用三爪卡盤夾持一端，另一端用頂尖頂住，即“一夾一頂”裝夾方式，車外徑185 mm至183 mm，表面粗糙度Ra=1.6 μm；② 調頭，用三爪卡盤夾持，中心架支承工件，在外圓表面上打表找正，徑向跳動量不大于0.05 mm，車端面、外圓，保證總長度1 004 mm；③ 鉆孔、車孔。由于現有鉆頭最大直徑為60 mm，采用該鉆頭接加長桿鉆孔；④ 鉆孔時、反復進退鉆頭以利于鉆孔排屑、冷卻，鉆頭用皂化液冷卻，鉆孔深度200～300 mm，退出鉆頭。再用車刀車孔，反復進退車刀以利于排屑和冷卻。

鉆孔、車孔反復交替進行，將一端孔徑加工至114 mm，深度540 mm。調頭，鉆、車另一端孔，直到孔連通。

需要說明的是，鉆孔、車孔時，主軸（或工件）轉速不宜高于240 r/min,以免中心架支承爪磨損過快。鉆孔進給量f=0.2～0.6 mm/r，車孔時，進給量隨著孔深的增加逐漸減小，進給量在0.2～1.02 mm/r之間選擇。

（4）調質處理。套管滑套在壓裂過程中要承受硬質含砂顆粒等的高速沖擊，造成外管表面磨損、沖蝕磨損等。因此，調質硬度不應過低，也不應過高，否則不利于切削加工，選擇調質硬度為 280～320 HB。

（5）車外圓。采用“一夾一頂”的裝夾方式，車外圓183 mm至181 mm。

（6）鏜孔。在T619鏜床上進行鏜孔，所用鏜桿如圖2所示。

鏜桿尺寸d的確定：

d＝（0.6～0.8）D （1）式中：d為鏜桿直徑，mm；D為鏜孔直徑，mm。

方刀孔b×b與d、D之間的關系為：

（1～1.5）b＝（D－d）/2 （2）

數值代入式（1）可得：

d＝（0.6～0.8）×120 mm＝（72～96） mm

選取 d＝80mm，代入式（2）得到 b＝（20～30） mm，取b＝20 mm。

鏜孔分為粗鏜和精鏜兩次加工,所用刀具為硬質合金刀具。

粗鏜切削用量：進給量 f＝0.1～0.3 mm/r；切削深度ap=0.1～0.5 mm；切削速度 v=15～18 m/min。

精鏜切削用量：進給量 f＝0.04～0.08 mm/r；切削深度 ap=0.1～0.3 mm；切削速度 v=16～20 m/min。

鏜桿長度的確定，根據工件長度、鏜床平旋盤到后立柱軸承之間的距離，取鏜桿長度為1 700 mm。

鏜桿上有4個方孔，其中兩個用來裝夾刀具，兩個用來測量鏜孔尺寸。鏜桿上還加工有螺旋槽，用來潤滑，減小鏜桿與支撐套之間的摩擦。

精鏜孔后保證孔徑120+0.10+0.05mm，表面粗糙度Ra=1.6～3.2 μm。

兩端面用鏜刀削平，保證長度1 000±0.5 mm，表面粗糙度 Ra=3.2～6.3 μm。

▲圖2 鏜桿

（7）車兩端止口臺階、螺紋。在CW6163車床上，一端用三爪卡盤裝夾，另一端用中心架支承，打表找正，外圓和端面跳動控制在0.02 mm以內，車一端止口臺階及螺紋。

用同樣的方法車另一端的止口臺階及螺紋。

（8）車外徑。采用“兩頭頂”裝夾方式，即卡盤端用梅花頂尖頂住，另一端用活頂尖頂住，車外徑至圖紙要求尺寸。

（9）劃線、鉆M12螺紋底孔，加工M12螺紋及鉆8-φ12 mm孔（銑8個寬12 mm槽用）。

（10）銑8個寬12 mm的長槽，按鉗工劃線、鉆孔找正加工。該工序在T53立式銑床上進行，采用刀具直徑為12 mm的高速鋼立銑刀。

（11）清除毛刺。

通過以上工序，即可完成外管的加工。

4 加工過程中出現的問題

在加工過程中，出現以兩端螺紋M135×3 mm為基準 （可將基準選為兩端φ137 mm的止口臺階孔，便于找正，實際找正也是這樣），φ120+0.10+0.05mm內孔與基準A、B軸線的同軸度超差，進而造成上、下接頭安裝困難，甚至上、下接頭無法安裝。為此，考慮在車床上加工兩端止口臺階、螺紋時，必須打表找正，使外圓和端面跳動控制在0.02 mm以內，這樣就能保證兩端M135×3 mm螺紋與φ120 mm內孔的同軸度要求。

5 結論及建議

用上述工藝加工的外管4件，通過測量，其尺寸公差和形位公差以及表面粗糙度均在圖紙要求范圍之內。由于設備限制，鉆孔、車孔效率較低，建議在批量生產時，生產廠家購買一臺深孔鉆鏜床，用來粗加工深孔，以提高加工效率。

［1］ 孟少農.機械加工工藝手冊［M］.北京：機械工業出版社，1991.