接箍螺紋緊密距測量的影響因素及控制方法探索

童楠楠， 彭建軍， 郭 鵬， 楊兵兵， 李志旭， 何彥輝

（寶雞鋼管西安石油專用管公司， 陜西 寶雞721008）

0 前 言

油套管是油井作業的重要組成部分， 接箍作為油套管連接的主要附件， 在油套管作業中起著較為重要的作用， 螺紋及擰接質量直接影響著油套管功能的可靠性。 油套管螺紋連接部位是其最薄弱的環節， 失效事故80%以上發生在螺紋連接處， 且接箍螺紋的質量直接影響著其使用的安全可靠性和油井的開采壽命。 目前， 國內外接箍緊密距測量過程中大多采用人工搬運、 人工上卸塞規、 人工讀取數值等操作方式， 然而在人工作業中存在大量弊端。 通過分析緊密距測量過程中各種因素對測量結果產生的影響， 提出相應的控制措施， 以消除相應因素引起的緊密距誤差， 提高緊密距測量的穩定性， 并為油套管接箍螺紋緊密距測量的控制提供參考。

1 接箍緊密距測量原理及影響因素分析

1.1 內螺紋緊密距

螺紋連接示意圖如圖1 所示。 內螺紋緊密距是使用工作塞規手緊后， 接箍端面到工作塞規（如圖2 所示） 臺肩間測得的距離。 測量時， 將工作塞規旋入被檢接箍內螺紋， 記錄工作塞規臺肩與接箍端面之間的距離， 考慮工作塞規的修正值后即為緊密距大小。 緊密距測量示意圖如圖3 所示。

圖1 螺紋連接示意圖

圖2 工作塞規

圖3 緊密距測量示意圖

油套管制造廠家在API 螺紋加工精度的控制方面主要包含螺紋單項參數和緊密距的精度，單項參數的控制目的是控制螺紋的齒型尺寸和累計誤差， 緊密距控制的主要目的是控制螺紋中徑的偏差。

用工作塞規測量的緊密距是一個綜合參數，反映的是螺紋的綜合指標。 除此以外， 接箍的橢圓度、 螺紋表面清潔度、 磷化膜厚度等也對緊密距有著不同程度的影響。

1.2 內螺紋緊密距在測量過程中的影響因素

API 螺紋在加工過程中， 因刀具及加工工藝的不斷改進， 目前梳刀多采用多齒刀， 螺紋齒高、 螺距等參數取決于刀具成型齒的牙型公差控制。 隨著國內刀具制造技術的進步， 螺紋齒高、螺距等參數的波動已控制在較小范圍內。 經現場200 件各規格接箍全參數對比， 螺紋中徑、 錐度和橢圓度對緊密距的影響較大， 其次是首扣毛刺、 收緊扭矩等。

1.2.1 中徑對緊密距的影響

在測量螺紋緊密距時， 緊密距參數的控制實際是在有效的控制螺紋中徑。 螺紋中徑與螺紋緊密距兩個參數存在密切的聯系， 螺紋中徑的變化會直接影響緊密距的變化。 中徑偏差與緊密距偏差滿足公式

式中： Δd——中徑偏差， mm；

ΔS——緊密距偏差， mm；

T——螺紋錐度， mm/mm。

以API 長圓螺紋為例， 錐度的名義值為1/16，即每英寸長度上直徑增量為1.587 5 mm， 中徑的名義值在基準面E1 平面給出。 API SPEC 5B （16th）中對中徑的測量、 公差等進行了明確的闡述， 中徑的控制也顯得越來越重要。

1.2.2 手緊扭矩對緊密距的影響

人工測量緊密距時， 各人的臂力大小不一。 測量使用力矩扳手人工收緊7 inLC 接箍時的扭矩， 設定基礎扭矩為10 人測量的平均值， 記錄每人測量值與基礎扭矩的差值， 扭矩偏差見表1。 由表1 可見， 不同人的旋緊扭矩差值最大為20 N·m。

人工測量7 inLC 接箍的緊密距， 設定基礎緊密距為10 人測量的平均值， 記錄每人測量值與基礎緊密距的差值， 緊密距偏差見表2。 由表2 可見， 不同人的緊密距測量差值最大為0.5 mm。 可見人工測量緊密距易產生較大的數據偏差， 尤其影響參數在臨界值的判定。

1.2.3 毛刺對緊密距的影響

在油田現場商檢及油田監造過程中， 首扣毛刺的打磨及清除被作為一個重點檢查內容； 較多廠家收到過油田關于首扣毛刺起始扣內翻邊毛刺未打磨的質量異議。

現場對毛刺未處理、 毛刺去除不干凈及毛刺清除干凈后三種狀態接箍緊密距進行了測量， 對比結果表明， 一般存在首扣毛刺的情況對造成緊密距測量偏大， 易造成緊密距判定不真實的情況。

經統計分析， 一般情況下首扣毛刺影響較小，偏差約0.10～0.20 mm。 但當首扣出現積削瘤時， 接箍緊密距偏差較大， 偏差約0.20～0.40 mm。

需特別引起注意的是， 當首扣毛刺出現內翻時， 必須對首扣毛刺進行徹底清除， 并在加工中避免毛刺內翻的現象。 此類情況對緊密距的影響較嚴重， 根據內翻情況， 偏差約1.00～2.60 mm。

1.2.4 測量過程對緊密距的影響

接箍緊密距測量時， 所有量具（特別是量規）與被檢產品等溫足夠時間， 以消除溫差。 溫度不但影響測量結果的準確性， 還會將量規抱死在接頭上無法卸下。 量規牙側有積瘤時， 上規也易造成管子螺紋表面撕破。 對于一些大規格螺紋接頭，緊密距檢驗的確很費力氣， 也易拉傷螺紋表面。

測量時， 檢驗人員將工作塞規旋入接箍內螺紋， 手緊后使用游標卡尺進行緊密距測量讀數。此過程中一般存在兩種誤差， 第一種為讀數誤差，一般誤差不超過0.04 mm； 第二種為游標卡尺磨損導致游標尺松動， 后因受力變形導致讀數偏差，這類偏差較大， 根據磨損情況， 為0.20～0.40 mm。

2 緊密距測量誤差的消除措施

2.1 中徑對緊密距的影響消除

選擇同一批次、 同一車床加工的接箍10 件，加工時中徑值采用極限參數。 經過數據分析， 緊密距與中徑值基本對應， 但在極限參數下， 錐度、 齒高等參數的變化嚴重影響兩者的對應。

因此， API SPEC 5B （16th） 對中徑的測量、公差等進行了明確的闡述， 中徑的控制也顯得越來越重要。 現場控制時， 一般采用中徑偏差80%范圍控制， 可有效提升緊密距參數的穩定。

2.2 手緊扭矩對緊密距的影響消除

人工測量接箍緊密距時， 工作塞規旋入內螺紋時可加適量潤滑油， 平穩旋入， 禁止施加慣性， 以檢測人員的臂力上至不動。 但實際操作中因人的臂力大小不一， 工廠在生產過程中應禁止操作人員采用過分的外加力， 例如鐵質榔頭等大力敲擊， 避免過度旋合造成緊密距測量值偏小、實際值偏大。 上述情況在磷化或鍍銅后， 商檢中會存在緊密距普遍偏大的情況， 油田商檢中此類問題較多， 加工廠應采取必要的措施進行控制。

2.3 毛刺對緊密距的影響消除

當首扣毛刺出現內翻時， 對緊密距的影響較嚴重， 是必須杜絕的一類現象。 且內翻嚴重影響上卸扣質量， 經現場試驗， 內翻毛刺引起上卸扣粘扣的概率被提高65%。

起始扣毛刺人工打磨是常見的毛刺消除手段。 國內較多廠家在設備上增加了去毛刺刀， 可有效提高毛刺去除質量， 但因參數修訂時， 會產生較高的內翻概率； 普遍的靠近修正過程比較耗時， 較多工廠采用毛刺刀去除與人工打磨相結合的方式， 可有效提升作業率及毛刺去除質量。 應注意的是， 打磨或毛刺刀去除毛刺應避免對首扣的損傷。

2.4 測量過程對緊密距的影響消除

一般工廠均建有量具室， 恒溫保存量具。 在冬季及夏季， 因室內外溫度差異較大， 在緊密距測量時， 應避免工作塞規溫度與工件溫差較大，導致量規抱死在接頭上卸不下來， 應提前將工作塞規拿出靜置2 h 以上。

工作塞規在使用過程中， 應每間隔一定使用數量對其進行清潔。 接箍內螺紋加工后必須使用壓縮空氣對其內螺紋進行吹掃， 避免鐵屑對螺紋的損傷。

測量時， 游標卡尺游尺部分應活動靈活但不松動， 確保游標卡尺測量的可靠性。 在測量過程中， 應將接箍平放， 確保測量及讀數的可靠性。建議采用數顯游標卡尺， 避免人為讀數造成的誤差。

3 結 論

（1） 螺紋中徑對緊密距的影響較大， 尤其體現在外徑越大， 影響約顯著。 緊密距數據合格與否不能代表中徑的判定。 現場控制時， 一般采用中徑偏差80%范圍控制， 可有效提升緊密距的參數的穩定。

（2） 傳統方法檢驗螺紋時， 緊密距測量應對力度及敲擊、 旋合進行相應控制， 建議每月應使用力矩扳手進行復核， 避免因磨損等原因造成的批量參數跳動。

（3） 首扣毛刺必須清除干凈， 禁止出現毛刺內翻； 建議采用毛刺刀去除與人工打磨相結合的方式， 可有效提升作業率及毛刺去除質量。

（4） 在緊密距測量時， 應避免工作塞規與工件存在較大溫差， 定期清潔工作塞規， 確保游標卡尺測量數據的準確性， 以避免測量過程引起的緊密距誤差。