套管滑套外管的加工

□ 劉永恒 □ 吳永勝 □ 韓讓平 □ 馬衛(wèi)平

1.長(zhǎng)慶油田公司 機(jī)械制造總廠 西安 710201

2.長(zhǎng)慶石油勘探局 教育培訓(xùn)中心 西安 710021

3.延長(zhǎng)石油股份公司 井下作業(yè)工程部 陜西延安 716001

套管滑套分段壓裂是將套管滑套與套管連接在一起并一次下入井內(nèi)，實(shí)施常規(guī)固井，再通過下入開關(guān)工具或投入蹩壓球或飛鏢，逐級(jí)將各層滑套打開，進(jìn)行逐層壓裂，是對(duì)地層造縫的一種新技術(shù)。該技術(shù)中所用井下工具就是套管滑套，在套管滑套工具中，外管是該工具的關(guān)鍵零件之一。圖1所示為國(guó)內(nèi)某制造廠生產(chǎn)的套管滑套外管，筆者結(jié)合該外管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及該廠的加工設(shè)備狀況，給出了外管的機(jī)械加工工藝。

1 套管滑套外管的功用

外管兩端通過螺紋連接上、下接頭，上、下接頭與φ139.7 mm（5.5″,1″=25.4 mm）套管連接。 在 φ120 mm孔內(nèi)裝有滑套，滑套外徑與該孔通過橡膠密封圈密封。在外管壁上有8個(gè)寬12 mm、長(zhǎng)度為128 mm的槽，通過投入鋼球座封于滑套一端的錐孔中，再憋壓剪斷外管與滑套之間的定位銷釘，促使滑套移動(dòng)，從而打開滑套，8個(gè)長(zhǎng)140 mm槽與地層連通，實(shí)施壓裂。

▲圖1 外管

2 套管滑套外管的結(jié)構(gòu)

套管滑套外管長(zhǎng)度為1 000 mm，最大外徑為175 mm，內(nèi)孔120 mm為深孔，長(zhǎng)徑比為8.3，該孔的加工屬于深孔加工，且與兩端螺紋M135×3 mm有較高的同軸度和較低的表面粗糙度要求。

3 套管滑套外管加工工藝

外管加工工藝過程如下。

（1）下料。采用圓鋼，材料42CrMo，尺寸φ185 mm×1 010 mm；

（2）平端面，打一端中心孔。由于圓鋼尺寸較大，質(zhì)量較重，故安排在鏜床上加工。找正圓鋼軸線，平一端端面余量切除2 mm，劃線找端面中心，鉆中心孔。

（3）車外圓、端面、鉆孔。 ① 在CW6163車床上，用三爪卡盤夾持一端，另一端用頂尖頂住，即“一夾一頂”裝夾方式，車外徑185 mm至183 mm，表面粗糙度Ra=1.6 μm；② 調(diào)頭，用三爪卡盤夾持，中心架支承工件，在外圓表面上打表找正，徑向跳動(dòng)量不大于0.05 mm，車端面、外圓，保證總長(zhǎng)度1 004 mm；③ 鉆孔、車孔。由于現(xiàn)有鉆頭最大直徑為60 mm，采用該鉆頭接加長(zhǎng)桿鉆孔；④ 鉆孔時(shí)、反復(fù)進(jìn)退鉆頭以利于鉆孔排屑、冷卻，鉆頭用皂化液冷卻，鉆孔深度200～300 mm，退出鉆頭。再用車刀車孔，反復(fù)進(jìn)退車刀以利于排屑和冷卻。

鉆孔、車孔反復(fù)交替進(jìn)行，將一端孔徑加工至114 mm，深度540 mm。調(diào)頭，鉆、車另一端孔，直到孔連通。

需要說明的是，鉆孔、車孔時(shí)，主軸（或工件）轉(zhuǎn)速不宜高于240 r/min,以免中心架支承爪磨損過快。鉆孔進(jìn)給量f=0.2～0.6 mm/r，車孔時(shí)，進(jìn)給量隨著孔深的增加逐漸減小，進(jìn)給量在0.2～1.02 mm/r之間選擇。

（4）調(diào)質(zhì)處理。套管滑套在壓裂過程中要承受硬質(zhì)含砂顆粒等的高速?zèng)_擊，造成外管表面磨損、沖蝕磨損等。因此，調(diào)質(zhì)硬度不應(yīng)過低，也不應(yīng)過高，否則不利于切削加工，選擇調(diào)質(zhì)硬度為 280～320 HB。

（5）車外圓。采用“一夾一頂”的裝夾方式，車外圓183 mm至181 mm。

（6）鏜孔。在T619鏜床上進(jìn)行鏜孔，所用鏜桿如圖2所示。

鏜桿尺寸d的確定：

d＝（0.6～0.8）D （1）式中：d為鏜桿直徑，mm；D為鏜孔直徑，mm。

方刀孔b×b與d、D之間的關(guān)系為：

（1～1.5）b＝（D－d）/2 （2）

數(shù)值代入式（1）可得：

d＝（0.6～0.8）×120 mm＝（72～96） mm

選取 d＝80mm，代入式（2）得到 b＝（20～30） mm，取b＝20 mm。

鏜孔分為粗鏜和精鏜兩次加工,所用刀具為硬質(zhì)合金刀具。

粗鏜切削用量：進(jìn)給量 f＝0.1～0.3 mm/r；切削深度ap=0.1～0.5 mm；切削速度 v=15～18 m/min。

精鏜切削用量：進(jìn)給量 f＝0.04～0.08 mm/r；切削深度 ap=0.1～0.3 mm；切削速度 v=16～20 m/min。

鏜桿長(zhǎng)度的確定，根據(jù)工件長(zhǎng)度、鏜床平旋盤到后立柱軸承之間的距離，取鏜桿長(zhǎng)度為1 700 mm。

鏜桿上有4個(gè)方孔，其中兩個(gè)用來裝夾刀具，兩個(gè)用來測(cè)量鏜孔尺寸。鏜桿上還加工有螺旋槽，用來潤(rùn)滑，減小鏜桿與支撐套之間的摩擦。

精鏜孔后保證孔徑120+0.10+0.05mm，表面粗糙度Ra=1.6～3.2 μm。

兩端面用鏜刀削平，保證長(zhǎng)度1 000±0.5 mm，表面粗糙度 Ra=3.2～6.3 μm。

▲圖2 鏜桿

（7）車兩端止口臺(tái)階、螺紋。在CW6163車床上，一端用三爪卡盤裝夾，另一端用中心架支承，打表找正，外圓和端面跳動(dòng)控制在0.02 mm以內(nèi)，車一端止口臺(tái)階及螺紋。

用同樣的方法車另一端的止口臺(tái)階及螺紋。

（8）車外徑。采用“兩頭頂”裝夾方式，即卡盤端用梅花頂尖頂住，另一端用活頂尖頂住，車外徑至圖紙要求尺寸。

（9）劃線、鉆M12螺紋底孔，加工M12螺紋及鉆8-φ12 mm孔（銑8個(gè)寬12 mm槽用）。

（10）銑8個(gè)寬12 mm的長(zhǎng)槽，按鉗工劃線、鉆孔找正加工。該工序在T53立式銑床上進(jìn)行，采用刀具直徑為12 mm的高速鋼立銑刀。

（11）清除毛刺。

通過以上工序，即可完成外管的加工。

4 加工過程中出現(xiàn)的問題

在加工過程中，出現(xiàn)以兩端螺紋M135×3 mm為基準(zhǔn) （可將基準(zhǔn)選為兩端φ137 mm的止口臺(tái)階孔，便于找正，實(shí)際找正也是這樣），φ120+0.10+0.05mm內(nèi)孔與基準(zhǔn)A、B軸線的同軸度超差，進(jìn)而造成上、下接頭安裝困難，甚至上、下接頭無(wú)法安裝。為此，考慮在車床上加工兩端止口臺(tái)階、螺紋時(shí)，必須打表找正，使外圓和端面跳動(dòng)控制在0.02 mm以內(nèi)，這樣就能保證兩端M135×3 mm螺紋與φ120 mm內(nèi)孔的同軸度要求。

5 結(jié)論及建議

用上述工藝加工的外管4件，通過測(cè)量，其尺寸公差和形位公差以及表面粗糙度均在圖紙要求范圍之內(nèi)。由于設(shè)備限制，鉆孔、車孔效率較低，建議在批量生產(chǎn)時(shí)，生產(chǎn)廠家購(gòu)買一臺(tái)深孔鉆鏜床，用來粗加工深孔，以提高加工效率。

［1］ 孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.