臺階縫篩管加工技術(shù)研究

陳靜， 高福萬， 楊賀來， 李慶輝， 錢軼秋， 楊中力

（1.天津中杰科技發(fā)展有限公司，天津300011；2.天津中德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300350）

臺階縫篩管加工技術(shù)研究

陳靜1， 高福萬1， 楊賀來1， 李慶輝1， 錢軼秋2， 楊中力2

（1.天津中杰科技發(fā)展有限公司，天津300011；2.天津中德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300350）

為克服矩形縫和梯形縫篩管存在的缺陷，提出了臺階縫篩管及新的加工方法——塑性成型加工方法，制造出數(shù)控多刀銑床和擠縫機(jī)，通過加工試驗，摸索出了一套切實有效的工藝參數(shù)，加工出了合格的臺階縫篩管產(chǎn)品。

臺階縫；塑性加工方法；擠縫機(jī)

0 引言

割縫篩管是石油鉆井過程中采油防砂用的工具，割縫篩管以其剛性好、抗刮磨、縫隙均勻、采收率高、比其他方式防砂效果好等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用［1］。目前，國內(nèi)外實際使用的割縫篩管端剖面縫型結(jié)構(gòu)有矩形縫和梯形縫。矩形縫結(jié)構(gòu)簡單，管壁強度高，耐砂礫沖蝕磨損，保持縫隙寬度不變。但采油效率低，工程可靠性差，易造成砂粒堵塞、塌井等嚴(yán)重事故［3］。梯形縫端剖面結(jié)構(gòu)呈擴(kuò)散狀，不易產(chǎn)生砂堵，“過濾自潔”性比矩形縫好，可使采油量有較大的提高。不過，梯形縫外縫斷面與管子外圓形成鋒利的刃口，易受流砂磨蝕，使外縫縫隙變寬，影響濾砂精度。

為了吸收矩形縫管壁強度高和梯形縫“過濾自潔”的優(yōu)點，克服各自的缺陷，特發(fā)明出新縫型—臺階縫。“臺階縫”斷面結(jié)構(gòu)呈“外窄矩形→過渡梯形→內(nèi)寬矩形”復(fù)合形狀，其斷面示意圖如圖1所示。

圖1 臺階縫篩管端剖面結(jié)構(gòu)圖

1 臺階縫篩管加工方法及裝備

先用自制的多刀銑床加工出寬矩形縫（圖2（a））；再用自制的擠縫機(jī)床及帶雙坡度的擠壓刀具，順縫將縫的內(nèi)側(cè)擠出坡口，用帶雙凸起的擠刀，騎在縫的兩側(cè)擠壓出“犁溝”（圖2（b）、圖2（c））；最后將“犁溝”滾壓平，形成外窄內(nèi)寬的臺階縫［4-6］（圖2（d））。

圖2 臺階縫加工步驟

2 工藝參數(shù)對加工質(zhì)量的影響

2.1 切削用量對刀具壽命的影響

因為用薄型高速鋼鋸片銑刀割縫，主要失效形式為銑刀磨損和破碎。為了提高銑刀壽命、降低加工成本，分別用厚度為0.3 mm、0.5 mm、0.75 mm和1.0 mm的銑刀，在牌號N80、壁厚9.17 mm的石油套管上進(jìn)行割縫試驗，得到如圖3所示的優(yōu)化參數(shù)。

針對完井防砂對不同縫寬的要求，分別選用齒數(shù)Z= 36、72和96的銑刀進(jìn)行割縫試驗，得到如圖4所示的優(yōu)化參數(shù)。

圖3 不同厚度銑刀的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度關(guān)系

圖4 不同齒數(shù)銑刀的轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度的關(guān)系

2.2 裝配精度對割縫質(zhì)量的影響

80把銑刀一字排開，由20個主軸箱驅(qū)動（每個主軸箱驅(qū)動4把銑刀），同時對一根套管進(jìn)行割縫。銑刀的位置精度直接影響割縫篩管的質(zhì)量。圖5（a）表示由于裝配精度不高，會造成在套管同一母線上，相鄰最遠(yuǎn)的兩條縫1和縫2有位置偏差。

圖5 銑刀位置誤差及精度調(diào)整

圖5（b）表明有兩種解決方法：1）每組只是刀具位置出現(xiàn)偏差時，可以修磨固定刀具的夾板厚度，保證同組內(nèi)4把刀具位置的直線性；2）在各組刀具保證位置精度的前提下，向前或向后移動刀具所在減速箱體的位置，可以調(diào)整全部刀具位置的直線性。

2.3 支撐精度對滾壓質(zhì)量的影響

石油套管是毛坯管，外圓的形狀精度直接影響擠、滾壓縫的寬度。圖6（a）是管件外圓理想狀態(tài)，圓度沒有缺陷。3個萬向壓球的圓心在同一個直徑上；圖6（b）表示管件外圓有凹進(jìn)缺陷（K指處），此時上壓點向下移動2.9 mm，3個壓球的圓心不在同一個圓上。

圖6

解決方法是：下面120°分列的兩個壓球應(yīng)設(shè)為液壓或機(jī)械彈性支承，以隨動補償圓度形狀誤差。

3 臺階縫篩管的質(zhì)量檢測

經(jīng)天津市計量檢測科學(xué)研究院對臺階縫樣管進(jìn)行檢測，得到以下結(jié)論：外矩形縫徑向變形深度≥0.468 mm；鈍面變形深度≥1.781 mm；過渡梯形錐度為34°38′46"。

4 結(jié)論

1）刀具銑削和塑性成型加工臺階縫篩管，加工效率高，加工成本低，表面質(zhì)量好,沒有激光割縫高耗電、高耗氣、容易造成割縫表面燒蝕、破損及對管體熱影響的缺點。

2）塑性成型可加工出任意外縫寬度的臺階縫篩管，外縫寬度可以≥0.10 mm。

3）臺階縫石油篩管可使采油量有較大的提高，同時延長了篩管的使用壽命，減少了修井，降低了維修成本，是替代傳統(tǒng)矩形縫篩管的高端產(chǎn)品。

［1］ 蘇曼G O，埃利斯R C，斯奈德R E.防砂手冊［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1988：92-95.

［2］ 萬仁溥，羅英俊.采油技術(shù)手冊［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1991：56-59.

［3］ 萬仁溥.現(xiàn)代完井工程［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2000：54-59.

［4］ 陳靜，楊銳.階梯縫篩管多刀加工機(jī)床：中國，CN201120021215.3［P］.2011-01-24.

［5］ 陳靜，楊銳.數(shù)控縫篩管多刀加工銑床：中國，CN201120021222.3［P］.2011-01-24.

［6］ 李慶輝，陳靜，高福萬.臺階縫篩管擠縫機(jī)：中國，CN2013200086126. 6［P］.2013-02-26.

（編輯立 明）

Study on Processing Technology of Ladder Slotted Liners

CHEN Jing1， GAO Fuwan1， YANG Helai1， LI Qinghui1， QIAN Yiqiu2， YANG Zhongli2
（1.Tianjin Zhongjie Technology Development Co.，Ltd，Tianjin 300011，China；2.Tianjin Sino-German Vocational Technical College，Tianjin 300350，China）

A new method for resolving the defect of straight slot and the keystone slot-the plastic processing method is discussed,and the digitally controlled milling and extrusion machine is manufactured.Through the cutting experiment, useful technique factors have been concluded,so the qualified sample of ladder slotted liners can be processed.

ladder slotted liners；plastic processing methods；extrusion machine

TE 934

B

1002－2333（2014）05－0249－02

天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計劃項目（自然科學(xué)基金重點項目）（12JCZDJC34800）

陳靜（1987—），女，助理工程師，主要研究方向為光機(jī)電一體化。

2014-03-05