數(shù)控車床加工特殊螺紋油套管質(zhì)量?jī)?yōu)化

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［摘要］油套管作為數(shù)控車床加工的重要零配件，是石油天然氣勘探和開采的重要設(shè)備。使用數(shù)控車床加工套管，不僅能夠更好地保障油套管的使用性能，還能夠保證特殊螺紋油套管的使用質(zhì)量。本文探索數(shù)控車床加工特殊螺紋油套管的路徑，希望可以為油套管的加工效能提升提供借鑒。

［關(guān)鍵詞］數(shù)控機(jī)床；特殊螺紋油套管；加工質(zhì)量；優(yōu)化措施

隨著油田氣井的開發(fā)，對(duì)氣井管柱要求日益嚴(yán)格。油氣開發(fā)過程中往往存在較高氣壓，管柱需要經(jīng)歷下管柱、生產(chǎn)、壓裂等一系列工作及環(huán)節(jié)，管柱質(zhì)量決定油氣開發(fā)效果。保證管柱使用質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一是油套管，使用特殊螺紋油套管能夠更好地提升管柱質(zhì)量的可靠性。使用數(shù)控車床對(duì)特殊螺紋油套管進(jìn)行加工，能夠解決螺紋接頭密封性能差、難以控制、接頭應(yīng)力不足等問題，改善螺紋油套管質(zhì)量。隨著我國(guó)石油勘探水平的不斷提升，特殊螺紋油套管的使用頻次越來越多，探索數(shù)控車床加工特殊螺紋油套管的優(yōu)化措施，已經(jīng)也必將成為油田氣井設(shè)備行業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容。

1油套管特殊螺紋類型

特殊螺紋油套管最初研制成功并推向市場(chǎng)屬于行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的高端產(chǎn)品，雖然該油套管的研制國(guó)家和市場(chǎng)擁有量越來越多，但是公認(rèn)性能最好、應(yīng)用更為廣泛的依然為來自德國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)家的特殊螺紋油套管，如德國(guó)曼內(nèi)斯曼公司生產(chǎn)的VAM系列特殊螺紋，日本鋼管公司（NKK）生產(chǎn)的NK3SB、NK2SC、NKEL、NKSL系列特殊螺紋等。目前，應(yīng)用較為廣泛的特殊螺紋主要有以下幾種。

1.1TM特殊螺紋

這種油套管螺紋形式表面經(jīng)過磷化處理，主要參數(shù)：導(dǎo)向面角度為10°，承載面角度為3°，錐度為1∶16，每英寸牙數(shù)為5牙。這種螺紋形式能夠?qū)崿F(xiàn)更好的密封效果，為90°肩兼端面密封、錐面金屬密封。

1.2SM－EF特殊螺紋

這種油套管螺紋形式表面經(jīng)過鍍鋅處理，主要參數(shù)：導(dǎo)向面角度為45°或者30°，承載面角度為3°，錐度為1∶8.5，每英寸牙數(shù)為3牙。

1.3NK3SB特殊螺紋

這種螺紋形式表面經(jīng)過鍍銅或者接箍鍍銅處理，主要參數(shù)：導(dǎo)向面角度為45°，承載面角度為0°，錐度為1∶16，每英寸牙數(shù)為5牙。這種特殊螺紋形式是目前市面上較為先進(jìn)的設(shè)計(jì)形式，并能夠承載較大的軸向壓縮荷載，對(duì)于彎曲荷載承載力也較強(qiáng)。

1.4NSCC特殊螺紋

此種螺紋形式與NK3SB特殊螺紋形式有相同之處，兩者表面都是經(jīng)過鍍銅或者接箍鍍銅處理，主要參數(shù)：導(dǎo)向面角度為10°，承載面角度為3°，錐度為1∶16，每英寸牙數(shù)為5牙。這種螺紋形式特殊之處在于其具有更強(qiáng)的密封性，能夠達(dá)到3級(jí)密封效果，在氣井和熱采井的應(yīng)用中更為廣泛。

1.5VAM特殊螺紋

這種螺紋形式為APIBC，主要參數(shù)：反角15°扭矩臺(tái)肩，錐面密封。這種特殊螺紋的特點(diǎn)在于易于加工，性能具有可靠性，因其所具有的簡(jiǎn)單特點(diǎn)也讓其獲得更為廣泛的應(yīng)用效果。

1.6SEG特殊螺紋

這種螺紋形式為APIBC，表面經(jīng)過磷化處理，主要參數(shù)：套管為反角15°，反角20°內(nèi)扭矩臺(tái)肩。

1.7其他

除上述油套管特殊螺紋外，一些其他油套管也擁有特殊螺紋，如美國(guó)Hunting公司開發(fā)的HDSeal-lock，上海寶鋼公司開發(fā)的BGTI、TDS等均具有特殊螺紋，在設(shè)計(jì)生產(chǎn)方面也具有較高技藝。

2數(shù)控車床加工特殊螺紋油套管存在的問題

2.1扎刀

數(shù)控車床在特殊螺紋油套管加工過程中，往往會(huì)發(fā)生扎刀的情況，究其根本原因主要包括以下3個(gè)方面。（1）螺紋車刀裝得過高或者過低。如果螺紋車刀裝得過高，則在車削達(dá)到一定深度時(shí)，車刀會(huì)頂住工件，表面摩擦力變大，車削阻力增大，造成扎刀。如果螺紋車刀裝得過低，排屑則會(huì)不流暢，刀具磨損較快。（2）工件裝夾不牢固，同樣會(huì)發(fā)生扎刀。（3）刀片已經(jīng)發(fā)生磨損，或者車削過程中刀磨損較大，切削用量太大。

2.2亂扣

數(shù)控車床在特殊螺紋油套管加工過程中，也容易發(fā)生亂扣的情況，容易造成螺距變化。發(fā)生亂扣的主要原因如下。（1）機(jī)床主軸編碼器同步傳動(dòng)皮帶磨損，數(shù)控機(jī)床接收信息處理中心指令，如編碼器同步傳動(dòng)皮帶磨損，則系統(tǒng)無法檢測(cè)主軸的轉(zhuǎn)速，造成處理中心信息無法結(jié)合主軸的真實(shí)轉(zhuǎn)速發(fā)出正確指令，Z軸的移動(dòng)發(fā)生錯(cuò)誤，導(dǎo)致亂扣。（2）Z軸絲杠的竄動(dòng)量過大。僂淵今日制造與升級(jí)Technology技術(shù)（3）中心架進(jìn)行螺紋加工，如果中心架發(fā)生位置偏差，則會(huì)導(dǎo)致Z軸變動(dòng)，也發(fā)生亂扣。（4）主軸編制輸入程序，以及發(fā)出的指令錯(cuò)誤。如編碼示例中，N10和N50程序輸入錯(cuò)誤，則處理中心給出指令錯(cuò)誤，Z軸移動(dòng)同樣錯(cuò)誤。編碼示例如下。N10G0X112.3Z10X118.24N20G33X86.158Z-118.498F6.35X79.322Z-121.917N30G0X112.3Z10X118.666N40G33X86.596Z-118.28F5.08X79.322Z-121.917N50G0X112.3Z12N60G33X86.158Z-118.08F5.08X79.322Z-121.917

2.3牙型參數(shù)錯(cuò)誤

石油開采專用螺紋為API螺紋，這種螺紋油套管加工使用成型螺紋刀片，不同刀片匹配不同螺紋油套管。如果刀片使用錯(cuò)誤，就會(huì)造成牙型參數(shù)錯(cuò)誤，嚴(yán)重情況下還可能引發(fā)加工事故。

2.4螺紋表面粗糙原因分析

（1）使用磨損嚴(yán)重的刀片加工特殊螺紋油套管。（2）螺紋刀刀柄剛性較差，發(fā)生振刀。（3）螺紋切削時(shí)，因?yàn)榍邢骱穸忍?，或者鐵屑未及時(shí)清除造成堆積，劃傷牙的兩側(cè)，也會(huì)導(dǎo)致螺紋表面切削粗糙度加劇。

3數(shù)控車床加工特殊螺紋油套管問題的改善策略

3.1扎刀問題解決策略

（1）加工螺紋前檢查刀體高度。一般情況下都是自定心刀體，如果不是，可以采用兩種方法予以確定：①采用尾座頂尖對(duì)準(zhǔn)刀體中心高；②畫線法確定中心高，先用外圓車刀車實(shí)心工件端面（x方向車到負(fù)值），端面中心位置會(huì)出現(xiàn)一個(gè)頂尖橛子，使用該頂尖橛子與外圓刀中心高對(duì)準(zhǔn)，用端面上的畫線對(duì)準(zhǔn)螺紋刀中心高。（2）要確定好工件的位置，液壓卡盤情況下，工件盡量不要在卡爪行程極限位置，避免裝夾不牢情況發(fā)生。非液壓卡盤，則需要卡爪用力夾緊，避免工件竄動(dòng)。（3）及時(shí)觀察刀片使用狀態(tài)，并做好刀具調(diào)整。（4）根據(jù)螺紋規(guī)格要求，調(diào)整選擇適當(dāng)?shù)毒撸⒆龊们邢魉俣劝芽亍?/p>

3.2亂扣問題解決策略

（1）如亂扣為數(shù)控機(jī)床本身問題，需要由專業(yè)維修人員做好檢查維修，避免數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)機(jī)械問題。（2）要保證數(shù)控機(jī)床的編制程序與油套管螺紋規(guī)格相匹配，保證程序指令與圖紙要求一致。（3）中心架子調(diào)整過程中需要注意卡盤裝夾工件的圓跳動(dòng)不可太大，一般控制在Φ0.05mm以內(nèi)，找正的工件圓跳動(dòng)Φ0.05mm以內(nèi)，中心架子外的工件外圓達(dá)到Φ0.05mm，保證同軸度的位置確定。（4）修復(fù)螺紋精準(zhǔn)性，則可以使用固定位置裝夾修復(fù)螺紋法。需要加工的工件裝在卡盤上，保證與前一完工的工件位置一致，并對(duì)準(zhǔn)卡盤的一個(gè)爪畫一條連接標(biāo)識(shí)線，就工件位置予以確定?？梢韵葘⒍嗣孳嚨?mm，并保證外圓與端面垂直，能夠很好地保證螺紋參數(shù)達(dá)標(biāo)。

3.3牙型參數(shù)錯(cuò)誤解決策略

解決數(shù)控機(jī)床加工特殊螺紋油套管過程中出現(xiàn)的牙型錯(cuò)誤問題，需要結(jié)合所加工的螺紋油套管具體情況選用不同的刀片。例如，需加工以下參數(shù)的螺紋油套管，則需要選擇相應(yīng)刀片，V50代表平牙頂，60°代表牙底三角形螺紋，0402則代表螺紋每英寸的牙數(shù)，錐度比則通過后兩位數(shù)字表示，數(shù)字與REG的結(jié)合則是API標(biāo)準(zhǔn)的螺紋扣型。V50——040265/8inREG，V50——040375/8inREG，V40——0503（41/2inREG）（31/2inREG），（27/8inREG）（23/8inREG）。

3.4螺紋表面粗糙解決策略

（1）結(jié)合刀削具體情況及時(shí)更換刀片，還需要綜合考慮切削液的濃度，切削液濃度不同對(duì)刀片的使用壽命也會(huì)產(chǎn)生影響。（2）結(jié)合具體加工情況，盡可能增加刀柄橫截面積，縮短刀柄伸出長(zhǎng)度。（3）對(duì)油套管螺紋進(jìn)行切削時(shí)，需要把控其深度，一般一刀深度為0.1mm，結(jié)合具體情況選定合適的切削速度。

4結(jié)束語

特殊螺紋油套管的使用實(shí)現(xiàn)了油田氣井的開發(fā)和利用，保障了我國(guó)能源的更好開采，做好特殊螺紋油套管的加工，保障特殊螺紋油套管以更為匹配的狀態(tài)與管柱結(jié)合，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)油田氣井設(shè)備的更好應(yīng)用，推動(dòng)我國(guó)油田氣井行業(yè)的發(fā)展和能源的開采利用。機(jī)械設(shè)備加工行業(yè)需要深入研究數(shù)控車床的加工性能，分析數(shù)控車床加工特殊螺紋油套管過程中存在的問題或者發(fā)生的故障。結(jié)合實(shí)際情況探索更好的問題解決策略或者故障排除方式，實(shí)現(xiàn)特殊螺紋油套管的加工，提升特殊螺紋油套管加工質(zhì)量。

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作者:王鵬 單位:中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司加工制造分公司