特殊螺紋接頭結構與加工方法探討

岳耀鵬 中海油田服務股份有限公司油田生產事業部完井中心

特殊螺紋接頭在結構設計上突破了API接頭的框架，一般具有連接強度高、密封性能好的優點，解決了油套管接頭的結構完整性和密封完整性問題，其應用范圍不斷擴大。2017年發布的APIrp5c5：2017《套管和油管接頭試驗規程推薦作法》規定了石油天然氣工業用套管和油管螺紋連接的必要驗證試驗方法和驗收準則。規定的試驗是設計驗證程序的一部分，可用于驗證螺紋連接的試驗荷載包絡線和極限荷載是否與制造商聲明的客觀證據一致。Apispec5ct和apispec5b是套管制造的主要標準，也是油套管訂貨、驗收和使用的主要依據。但在實際訂貨、驗收和使用過程中，仍有許多問題無法解決，如油套管的使用性能（連接強度、密封性能、抗螺紋附著性能）。因此，有必要根據apirp5c5：2017和iso13679：2002標 準 對 所選套管進行評價，然后選擇適合工況的套管。2017年1月，apirp5c5第四版正式發布，其與ISO13679：2002標準的不同主要在于：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格、科學，對錐度、密封面和螺紋中徑的要求越來越高，更多考慮到生產加工中的小概率事件；③試樣項目類型越來越少，但越來越復雜；④試驗內容越來越接近工況，可參考價值越來越強；⑤試驗周期越來越長，對一根試樣的考驗更加嚴苛。

一、基于API5C5：2017標準的特殊螺紋接頭密封性能

（一）試驗方法

根據API5C5：2017CALIV級標準對所選取的特殊螺紋極限樣進行實物評價試驗。實物評價試驗目的、條件和結果。其中，1#和2#極限樣屬于密封低過盈樣，且上扣扭矩最小，最容易在復合加載試驗中發生泄漏；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中發生粘扣。全尺寸評價試驗極限樣及材料樣取樣其中，MT為材料樣短節，材料樣應在相應極限樣附近取樣。

（二）特殊螺紋接頭上卸扣性能評價試驗

在接箍極限樣磷化前依據APIRP5C5：2017使用中徑規、密封直徑規等對外螺紋接頭與內螺紋接頭螺紋參數進行檢測。

（三）特殊螺紋接頭復合加載試驗

復合加載試驗的主要目的根據油田現場的實際情況，模擬不同的使用環境（水、氣、升溫等），對油套管施加復合載荷（拉伸、壓縮、彎曲、內壓、外壓等）進行油套管的全尺寸檢測試驗，完成APIRP5C5、ISO13679等標準要求的油套管實物性能試驗，為油井管生產和實驗室產品研發提供技術支持。

二、提高螺紋加工質量的對策分析

（一）提高管體材料垂直度

因為管體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，而后，有效解決螺紋出現黑皮扣缺陷。由此可見，控制加工彎曲度可以避免螺紋出現質量問題，一般情況下，有效增強管體材料垂直度，可以避免黑皮扣的出現對其造成影響。

（二）保證工件緊緊卡在中心

加工機床自身的主機與輔機之間中心位置不同，在實際加工過程中并沒有控制好中心位置，出現了卡不緊的情況。對于此問題的解決，第一步應當分析管料自身問題，如果沒有影響因素，再調整機床中心位置，在實際調整過程中，要保證機床的主機與輔機二者處于同心位置，并調整定心卡爪位置，同時，檢查好前后卡盤卡爪完整度，為了有效確保其可以卡緊，需要將鋼管旋轉精度控制在0.5mm之內，同時，調整前后卡盤，讓其保持一種可以上下浮動的工作狀態。

（三）有效控制機床精準度

在實際加工螺紋過程中，通常情況下，會運用刀具補償以及調整程序，但實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，需要及時控制車絲機，將以往老舊的機器淘汰，及時更新設備，進而提升機床精準度。正常情況下，對于粗、精車刀套的滾珠絲杠的間隙精準度要控制在0.10mm，而機床的主軸軸向間距的精度則需要控制在0.05mm，此外，旋轉刀臺的垂直度誤差應當控制在0.05mm之內。而通過調整數控程序，極大力度控制螺紋的錐度、緊密距，保證其參數符合API標準中的相關規定，利用此種方法提高機床自身的精度，進而達到油套管螺紋加工質量要求。

（四）調整螺紋的錐度與緊密距

從上文可得知，在螺紋參數中，錐度和緊密距這兩個參數是其中最關鍵的影響因素，因此，有必要對錐度和緊密距進行調整和優化。按照標準的錐度看，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，其最大偏差在0.061"～0.067"，也就是1.55～1.70mm。在檢測錐度時，將螺紋作為起點，而后每隔一定的距離進行再次測量，可以將其控制在25.4mm左右，在測量相應位置的錐度值，這樣連續測量三點。根據的測量的得到的數據，對機床進行有針對性的調整，并對機床的定位誤差進行有效的補償，進而有效調整螺紋精車過程中的始點坐標值，最終達到調整其錐度與緊密距的目的。

（五）提高對強化加工精度控制的重視度

在實際加工油套管過程中，需要格外注意材料的內外徑的橢圓度、垂直度這兩方面，嚴格控制橢圓度、垂直度可以更好地為機械加工做好基礎。因此，在整個加工過程中，相關加工人員首要任務要提高對強化加工精度控制的重視度，從油套管的螺紋加工實際需要出發，并嚴格遵照其中的各項參數標準進行加工。這就需要工作人員在實際加工中要緊密結合實際，分析出其中可能存在的影響因素，并采取有效措施對其進行強化處理，進而達到油套管加工需要。除此之外，在實際加工過程中，還要嚴格控制加工臺穩定性，因為任何不穩定因素都會對所車的螺紋質量造成影響，所以，有必要提高對加工精度的重視。

（六）嚴格檢查和校正加工質量

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

三、結束語

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，所以出現加工質量缺陷在所難免，但相關加工人員應當不斷提高對強化加工精度控制的重視度，通過有效措施最大化地將其質量缺陷降低，提高其加工質量。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的需要。