数控车床加工特殊螺纹油套管质量优化

［摘要］油套管作为数控车床加工的重要零配件，是石油天然气勘探和开采的重要设备。使用数控车床加工套管，不仅能够更好地保障油套管的使用性能，还能够保证特殊螺纹油套管的使用质量。本文探索数控车床加工特殊螺纹油套管的路径，希望可以为油套管的加工效能提升提供借鉴。

［关键词］数控机床；特殊螺纹油套管；加工质量；优化措施

随着油田气井的开发，对气井管柱要求日益严格。油气开发过程中往往存在较高气压，管柱需要经历下管柱、生产、压裂等一系列工作及环节，管柱质量决定油气开发效果。保证管柱使用质量的关键环节之一是油套管，使用特殊螺纹油套管能够更好地提升管柱质量的可靠性。使用数控车床对特殊螺纹油套管进行加工，能够解决螺纹接头密封性能差、难以控制、接头应力不足等问题，改善螺纹油套管质量。随着我国石油勘探水平的不断提升，特殊螺纹油套管的使用频次越来越多，探索数控车床加工特殊螺纹油套管的优化措施，已经也必将成为油田气井设备行业发展的重要内容。

1油套管特殊螺纹类型

特殊螺纹油套管最初研制成功并推向市场属于行业领域内的高端产品，虽然该油套管的研制国家和市场拥有量越来越多，但是公认性能最好、应用更为广泛的依然为来自德国、美国、日本等国家的特殊螺纹油套管，如德国曼内斯曼公司生产的VAM系列特殊螺纹，日本钢管公司（NKK）生产的NK3SB、NK2SC、NKEL、NKSL系列特殊螺纹等。目前，应用较为广泛的特殊螺纹主要有以下几种。

1.1TM特殊螺纹

这种油套管螺纹形式表面经过磷化处理，主要参数：导向面角度为10°，承载面角度为3°，锥度为1∶16，每英寸牙数为5牙。这种螺纹形式能够实现更好的密封效果，为90°肩兼端面密封、锥面金属密封。

1.2SM－EF特殊螺纹

这种油套管螺纹形式表面经过镀锌处理，主要参数：导向面角度为45°或者30°，承载面角度为3°，锥度为1∶8.5，每英寸牙数为3牙。

1.3NK3SB特殊螺纹

这种螺纹形式表面经过镀铜或者接箍镀铜处理，主要参数：导向面角度为45°，承载面角度为0°，锥度为1∶16，每英寸牙数为5牙。这种特殊螺纹形式是目前市面上较为先进的设计形式，并能够承载较大的轴向压缩荷载，对于弯曲荷载承载力也较强。

1.4NSCC特殊螺纹

此种螺纹形式与NK3SB特殊螺纹形式有相同之处，两者表面都是经过镀铜或者接箍镀铜处理，主要参数：导向面角度为10°，承载面角度为3°，锥度为1∶16，每英寸牙数为5牙。这种螺纹形式特殊之处在于其具有更强的密封性，能够达到3级密封效果，在气井和热采井的应用中更为广泛。

1.5VAM特殊螺纹

这种螺纹形式为APIBC，主要参数：反角15°扭矩台肩，锥面密封。这种特殊螺纹的特点在于易于加工，性能具有可靠性，因其所具有的简单特点也让其获得更为广泛的应用效果。

1.6SEG特殊螺纹

这种螺纹形式为APIBC，表面经过磷化处理，主要参数：套管为反角15°，反角20°内扭矩台肩。

1.7其他

除上述油套管特殊螺纹外，一些其他油套管也拥有特殊螺纹，如美国Hunting公司开发的HDSeal-lock，上海宝钢公司开发的BGTI、TDS等均具有特殊螺纹，在设计生产方面也具有较高技艺。

2数控车床加工特殊螺纹油套管存在的问题

2.1扎刀

数控车床在特殊螺纹油套管加工过程中，往往会发生扎刀的情况，究其根本原因主要包括以下3个方面。（1）螺纹车刀装得过高或者过低。如果螺纹车刀装得过高，则在车削达到一定深度时，车刀会顶住工件，表面摩擦力变大，车削阻力增大，造成扎刀。如果螺纹车刀装得过低，排屑则会不流畅，刀具磨损较快。（2）工件装夹不牢固，同样会发生扎刀。（3）刀片已经发生磨损，或者车削过程中刀磨损较大，切削用量太大。

2.2乱扣

数控车床在特殊螺纹油套管加工过程中，也容易发生乱扣的情况，容易造成螺距变化。发生乱扣的主要原因如下。（1）机床主轴编码器同步传动皮带磨损，数控机床接收信息处理中心指令，如编码器同步传动皮带磨损，则系统无法检测主轴的转速，造成处理中心信息无法结合主轴的真实转速发出正确指令，Z轴的移动发生错误，导致乱扣。（2）Z轴丝杠的窜动量过大。僂渊今日制造与升级Technology技术（3）中心架进行螺纹加工，如果中心架发生位置偏差，则会导致Z轴变动，也发生乱扣。（4）主轴编制输入程序，以及发出的指令错误。如编码示例中，N10和N50程序输入错误，则处理中心给出指令错误，Z轴移动同样错误。编码示例如下。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牙型参数错误

石油开采专用螺纹为API螺纹，这种螺纹油套管加工使用成型螺纹刀片，不同刀片匹配不同螺纹油套管。如果刀片使用错误，就会造成牙型参数错误，严重情况下还可能引发加工事故。

2.4螺纹表面粗糙原因分析

（1）使用磨损严重的刀片加工特殊螺纹油套管。（2）螺纹刀刀柄刚性较差，发生振刀。（3）螺纹切削时，因为切削厚度太小，或者铁屑未及时清除造成堆积，划伤牙的两侧，也会导致螺纹表面切削粗糙度加剧。

3数控车床加工特殊螺纹油套管问题的改善策略

3.1扎刀问题解决策略

（1）加工螺纹前检查刀体高度。一般情况下都是自定心刀体，如果不是，可以采用两种方法予以确定：①采用尾座顶尖对准刀体中心高；②画线法确定中心高，先用外圆车刀车实心工件端面（x方向车到负值），端面中心位置会出现一个顶尖橛子，使用该顶尖橛子与外圆刀中心高对准，用端面上的画线对准螺纹刀中心高。（2）要确定好工件的位置，液压卡盘情况下，工件尽量不要在卡爪行程极限位置，避免装夹不牢情况发生。非液压卡盘，则需要卡爪用力夹紧，避免工件窜动。（3）及时观察刀片使用状态，并做好刀具调整。（4）根据螺纹规格要求，调整选择适当刀具，并做好切削速度把控。

3.2乱扣问题解决策略

（1）如乱扣为数控机床本身问题，需要由专业维修人员做好检查维修，避免数控机床出现机械问题。（2）要保证数控机床的编制程序与油套管螺纹规格相匹配，保证程序指令与图纸要求一致。（3）中心架子调整过程中需要注意卡盘装夹工件的圆跳动不可太大，一般控制在Φ0.05mm以内，找正的工件圆跳动Φ0.05mm以内，中心架子外的工件外圆达到Φ0.05mm，保证同轴度的位置确定。（4）修复螺纹精准性，则可以使用固定位置装夹修复螺纹法。需要加工的工件装在卡盘上，保证与前一完工的工件位置一致，并对准卡盘的一个爪画一条连接标识线，就工件位置予以确定。可以先将端面车掉1mm，并保证外圆与端面垂直，能够很好地保证螺纹参数达标。

3.3牙型参数错误解决策略

解决数控机床加工特殊螺纹油套管过程中出现的牙型错误问题，需要结合所加工的螺纹油套管具体情况选用不同的刀片。例如，需加工以下参数的螺纹油套管，则需要选择相应刀片，V50代表平牙顶，60°代表牙底三角形螺纹，0402则代表螺纹每英寸的牙数，锥度比则通过后两位数字表示，数字与REG的结合则是API标准的螺纹扣型。V50——040265/8inREG，V50——040375/8inREG，V40——0503（41/2inREG）（31/2inREG），（27/8inREG）（23/8inREG）。

3.4螺纹表面粗糙解决策略

（1）结合刀削具体情况及时更换刀片，还需要综合考虑切削液的浓度，切削液浓度不同对刀片的使用寿命也会产生影响。（2）结合具体加工情况，尽可能增加刀柄横截面积，缩短刀柄伸出长度。（3）对油套管螺纹进行切削时，需要把控其深度，一般一刀深度为0.1mm，结合具体情况选定合适的切削速度。

4结束语

特殊螺纹油套管的使用实现了油田气井的开发和利用，保障了我国能源的更好开采，做好特殊螺纹油套管的加工，保障特殊螺纹油套管以更为匹配的状态与管柱结合，能够进一步实现油田气井设备的更好应用，推动我国油田气井行业的发展和能源的开采利用。机械设备加工行业需要深入研究数控车床的加工性能，分析数控车床加工特殊螺纹油套管过程中存在的问题或者发生的故障。结合实际情况探索更好的问题解决策略或者故障排除方式，实现特殊螺纹油套管的加工，提升特殊螺纹油套管加工质量。

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作者:王鹏 单位:中海油能源发展装备技术有限公司加工制造分公司