特殊螺紋接頭結(jié)構(gòu)與加工方法探討

岳耀鵬 中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部完井中心

特殊螺紋接頭在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上突破了API接頭的框架，一般具有連接強(qiáng)度高、密封性能好的優(yōu)點(diǎn)，解決了油套管接頭的結(jié)構(gòu)完整性和密封完整性問題，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。2017年發(fā)布的APIrp5c5：2017《套管和油管接頭試驗(yàn)規(guī)程推薦作法》規(guī)定了石油天然氣工業(yè)用套管和油管螺紋連接的必要驗(yàn)證試驗(yàn)方法和驗(yàn)收準(zhǔn)則。規(guī)定的試驗(yàn)是設(shè)計(jì)驗(yàn)證程序的一部分，可用于驗(yàn)證螺紋連接的試驗(yàn)荷載包絡(luò)線和極限荷載是否與制造商聲明的客觀證據(jù)一致。Apispec5ct和apispec5b是套管制造的主要標(biāo)準(zhǔn)，也是油套管訂貨、驗(yàn)收和使用的主要依據(jù)。但在實(shí)際訂貨、驗(yàn)收和使用過程中，仍有許多問題無法解決，如油套管的使用性能（連接強(qiáng)度、密封性能、抗螺紋附著性能）。因此，有必要根據(jù)apirp5c5：2017和iso13679：2002標(biāo) 準(zhǔn) 對 所選套管進(jìn)行評價(jià)，然后選擇適合工況的套管。2017年1月，apirp5c5第四版正式發(fā)布，其與ISO13679：2002標(biāo)準(zhǔn)的不同主要在于：①試樣越來越少，由ISO13679：2002的8根減少到API5C5：2017的5根；②試樣接頭的加工要求越來越嚴(yán)格、科學(xué)，對錐度、密封面和螺紋中徑的要求越來越高，更多考慮到生產(chǎn)加工中的小概率事件；③試樣項(xiàng)目類型越來越少，但越來越復(fù)雜；④試驗(yàn)內(nèi)容越來越接近工況，可參考價(jià)值越來越強(qiáng)；⑤試驗(yàn)周期越來越長，對一根試樣的考驗(yàn)更加嚴(yán)苛。

一、基于API5C5：2017標(biāo)準(zhǔn)的特殊螺紋接頭密封性能

（一）試驗(yàn)方法

根據(jù)API5C5：2017CALIV級標(biāo)準(zhǔn)對所選取的特殊螺紋極限樣進(jìn)行實(shí)物評價(jià)試驗(yàn)。實(shí)物評價(jià)試驗(yàn)?zāi)康摹l件和結(jié)果。其中，1#和2#極限樣屬于密封低過盈樣，且上扣扭矩最小，最容易在復(fù)合加載試驗(yàn)中發(fā)生泄漏；3#極限樣屬于密封高過盈樣，且上扣扭矩最大，最容易在上卸扣試驗(yàn)中發(fā)生粘扣。全尺寸評價(jià)試驗(yàn)極限樣及材料樣取樣其中，MT為材料樣短節(jié)，材料樣應(yīng)在相應(yīng)極限樣附近取樣。

（二）特殊螺紋接頭上卸扣性能評價(jià)試驗(yàn)

在接箍極限樣磷化前依據(jù)APIRP5C5：2017使用中徑規(guī)、密封直徑規(guī)等對外螺紋接頭與內(nèi)螺紋接頭螺紋參數(shù)進(jìn)行檢測。

（三）特殊螺紋接頭復(fù)合加載試驗(yàn)

復(fù)合加載試驗(yàn)的主要目的根據(jù)油田現(xiàn)場的實(shí)際情況，模擬不同的使用環(huán)境（水、氣、升溫等），對油套管施加復(fù)合載荷（拉伸、壓縮、彎曲、內(nèi)壓、外壓等）進(jìn)行油套管的全尺寸檢測試驗(yàn)，完成APIRP5C5、ISO13679等標(biāo)準(zhǔn)要求的油套管實(shí)物性能試驗(yàn)，為油井管生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品研發(fā)提供技術(shù)支持。

二、提高螺紋加工質(zhì)量的對策分析

（一）提高管體材料垂直度

因?yàn)楣荏w材料存在一定的彎曲度，為解決這一問題，則需要保障其管體在彎曲度允許范圍內(nèi)，而后，有效解決螺紋出現(xiàn)黑皮扣缺陷。由此可見，控制加工彎曲度可以避免螺紋出現(xiàn)質(zhì)量問題，一般情況下，有效增強(qiáng)管體材料垂直度，可以避免黑皮扣的出現(xiàn)對其造成影響。

（二）保證工件緊緊卡在中心

加工機(jī)床自身的主機(jī)與輔機(jī)之間中心位置不同，在實(shí)際加工過程中并沒有控制好中心位置，出現(xiàn)了卡不緊的情況。對于此問題的解決，第一步應(yīng)當(dāng)分析管料自身問題，如果沒有影響因素，再調(diào)整機(jī)床中心位置，在實(shí)際調(diào)整過程中，要保證機(jī)床的主機(jī)與輔機(jī)二者處于同心位置，并調(diào)整定心卡爪位置，同時(shí)，檢查好前后卡盤卡爪完整度，為了有效確保其可以卡緊，需要將鋼管旋轉(zhuǎn)精度控制在0.5mm之內(nèi)，同時(shí)，調(diào)整前后卡盤，讓其保持一種可以上下浮動(dòng)的工作狀態(tài)。

（三）有效控制機(jī)床精準(zhǔn)度

在實(shí)際加工螺紋過程中，通常情況下，會(huì)運(yùn)用刀具補(bǔ)償以及調(diào)整程序，但實(shí)際測量所得的螺紋錐度、緊密距，和測量值并沒有較明顯的差異。從目前情況看，需要及時(shí)控制車絲機(jī)，將以往老舊的機(jī)器淘汰，及時(shí)更新設(shè)備，進(jìn)而提升機(jī)床精準(zhǔn)度。正常情況下，對于粗、精車刀套的滾珠絲杠的間隙精準(zhǔn)度要控制在0.10mm，而機(jī)床的主軸軸向間距的精度則需要控制在0.05mm，此外，旋轉(zhuǎn)刀臺的垂直度誤差應(yīng)當(dāng)控制在0.05mm之內(nèi)。而通過調(diào)整數(shù)控程序，極大力度控制螺紋的錐度、緊密距，保證其參數(shù)符合API標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定，利用此種方法提高機(jī)床自身的精度，進(jìn)而達(dá)到油套管螺紋加工質(zhì)量要求。

（四）調(diào)整螺紋的錐度與緊密距

從上文可得知，在螺紋參數(shù)中，錐度和緊密距這兩個(gè)參數(shù)是其中最關(guān)鍵的影響因素，因此，有必要對錐度和緊密距進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。按照標(biāo)準(zhǔn)的錐度看，以每英寸長度為單位，其直徑變化為0.0625"即1.5875mm。如果是一個(gè)完整的螺紋，這允許存在誤差，其最大范圍控制在0.061"～0.067"，也就是1.55～1.67mm；如果不是完整的螺紋，則在允許范圍內(nèi)，其最大偏差在0.061"～0.067"，也就是1.55～1.70mm。在檢測錐度時(shí)，將螺紋作為起點(diǎn)，而后每隔一定的距離進(jìn)行再次測量，可以將其控制在25.4mm左右，在測量相應(yīng)位置的錐度值，這樣連續(xù)測量三點(diǎn)。根據(jù)的測量的得到的數(shù)據(jù)，對機(jī)床進(jìn)行有針對性的調(diào)整，并對機(jī)床的定位誤差進(jìn)行有效的補(bǔ)償，進(jìn)而有效調(diào)整螺紋精車過程中的始點(diǎn)坐標(biāo)值，最終達(dá)到調(diào)整其錐度與緊密距的目的。

（五）提高對強(qiáng)化加工精度控制的重視度

在實(shí)際加工油套管過程中，需要格外注意材料的內(nèi)外徑的橢圓度、垂直度這兩方面，嚴(yán)格控制橢圓度、垂直度可以更好地為機(jī)械加工做好基礎(chǔ)。因此，在整個(gè)加工過程中，相關(guān)加工人員首要任務(wù)要提高對強(qiáng)化加工精度控制的重視度，從油套管的螺紋加工實(shí)際需要出發(fā)，并嚴(yán)格遵照其中的各項(xiàng)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加工。這就需要工作人員在實(shí)際加工中要緊密結(jié)合實(shí)際，分析出其中可能存在的影響因素，并采取有效措施對其進(jìn)行強(qiáng)化處理，進(jìn)而達(dá)到油套管加工需要。除此之外，在實(shí)際加工過程中，還要嚴(yán)格控制加工臺穩(wěn)定性，因?yàn)槿魏尾环€(wěn)定因素都會(huì)對所車的螺紋質(zhì)量造成影響，所以，有必要提高對加工精度的重視。

（六）嚴(yán)格檢查和校正加工質(zhì)量

在油套管螺紋加工時(shí)，加工質(zhì)量尤為重要，因此，在加工前要進(jìn)行全面的檢查和校正，以免出現(xiàn)質(zhì)量問題。而在檢驗(yàn)過程中需要對檢驗(yàn)工具精度進(jìn)行控制，從而更好地確保加工的質(zhì)量。如果發(fā)現(xiàn)在加工過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題，則要及時(shí)解決或者更換，分析其出現(xiàn)精度偏差的原因，并采用相應(yīng)的措施解決，從而更好地為以后油套管螺紋加工提供良好的優(yōu)化和完善措施，保證加工精度，提高加工質(zhì)量，最大化地確保石油企業(yè)的勘探效益。

三、結(jié)束語

綜上所述，在加工油套管螺紋過程中，由于受到多方因素影響，所以出現(xiàn)加工質(zhì)量缺陷在所難免，但相關(guān)加工人員應(yīng)當(dāng)不斷提高對強(qiáng)化加工精度控制的重視度，通過有效措施最大化地將其質(zhì)量缺陷降低，提高其加工質(zhì)量。通過本文的分析，希望可以幫助油套管螺紋加工人員提供參考，更好地滿足勘探開發(fā)的需要。