接箍螺紋緊密距測(cè)量的影響因素及控制方法探索

童楠楠， 彭建軍， 郭 鵬， 楊兵兵， 李志旭， 何彥輝

（寶雞鋼管西安石油專(zhuān)用管公司， 陜西 寶雞721008）

0 前 言

油套管是油井作業(yè)的重要組成部分， 接箍作為油套管連接的主要附件， 在油套管作業(yè)中起著較為重要的作用， 螺紋及擰接質(zhì)量直接影響著油套管功能的可靠性。 油套管螺紋連接部位是其最薄弱的環(huán)節(jié)， 失效事故80%以上發(fā)生在螺紋連接處， 且接箍螺紋的質(zhì)量直接影響著其使用的安全可靠性和油井的開(kāi)采壽命。 目前， 國(guó)內(nèi)外接箍緊密距測(cè)量過(guò)程中大多采用人工搬運(yùn)、 人工上卸塞規(guī)、 人工讀取數(shù)值等操作方式， 然而在人工作業(yè)中存在大量弊端。 通過(guò)分析緊密距測(cè)量過(guò)程中各種因素對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響， 提出相應(yīng)的控制措施， 以消除相應(yīng)因素引起的緊密距誤差， 提高緊密距測(cè)量的穩(wěn)定性， 并為油套管接箍螺紋緊密距測(cè)量的控制提供參考。

1 接箍緊密距測(cè)量原理及影響因素分析

1.1 內(nèi)螺紋緊密距

螺紋連接示意圖如圖1 所示。 內(nèi)螺紋緊密距是使用工作塞規(guī)手緊后， 接箍端面到工作塞規(guī)（如圖2 所示） 臺(tái)肩間測(cè)得的距離。 測(cè)量時(shí)， 將工作塞規(guī)旋入被檢接箍?jī)?nèi)螺紋， 記錄工作塞規(guī)臺(tái)肩與接箍端面之間的距離， 考慮工作塞規(guī)的修正值后即為緊密距大小。 緊密距測(cè)量示意圖如圖3 所示。

圖1 螺紋連接示意圖

圖2 工作塞規(guī)

圖3 緊密距測(cè)量示意圖

油套管制造廠(chǎng)家在A(yíng)PI 螺紋加工精度的控制方面主要包含螺紋單項(xiàng)參數(shù)和緊密距的精度，單項(xiàng)參數(shù)的控制目的是控制螺紋的齒型尺寸和累計(jì)誤差， 緊密距控制的主要目的是控制螺紋中徑的偏差。

用工作塞規(guī)測(cè)量的緊密距是一個(gè)綜合參數(shù)，反映的是螺紋的綜合指標(biāo)。 除此以外， 接箍的橢圓度、 螺紋表面清潔度、 磷化膜厚度等也對(duì)緊密距有著不同程度的影響。

1.2 內(nèi)螺紋緊密距在測(cè)量過(guò)程中的影響因素

API 螺紋在加工過(guò)程中， 因刀具及加工工藝的不斷改進(jìn)， 目前梳刀多采用多齒刀， 螺紋齒高、 螺距等參數(shù)取決于刀具成型齒的牙型公差控制。 隨著國(guó)內(nèi)刀具制造技術(shù)的進(jìn)步， 螺紋齒高、螺距等參數(shù)的波動(dòng)已控制在較小范圍內(nèi)。 經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)200 件各規(guī)格接箍全參數(shù)對(duì)比， 螺紋中徑、 錐度和橢圓度對(duì)緊密距的影響較大， 其次是首扣毛刺、 收緊扭矩等。

1.2.1 中徑對(duì)緊密距的影響

在測(cè)量螺紋緊密距時(shí)， 緊密距參數(shù)的控制實(shí)際是在有效的控制螺紋中徑。 螺紋中徑與螺紋緊密距兩個(gè)參數(shù)存在密切的聯(lián)系， 螺紋中徑的變化會(huì)直接影響緊密距的變化。 中徑偏差與緊密距偏差滿(mǎn)足公式

式中： Δd——中徑偏差， mm；

ΔS——緊密距偏差， mm；

T——螺紋錐度， mm/mm。

以API 長(zhǎng)圓螺紋為例， 錐度的名義值為1/16，即每英寸長(zhǎng)度上直徑增量為1.587 5 mm， 中徑的名義值在基準(zhǔn)面E1 平面給出。 API SPEC 5B （16th）中對(duì)中徑的測(cè)量、 公差等進(jìn)行了明確的闡述， 中徑的控制也顯得越來(lái)越重要。

1.2.2 手緊扭矩對(duì)緊密距的影響

人工測(cè)量緊密距時(shí)， 各人的臂力大小不一。 測(cè)量使用力矩扳手人工收緊7 inLC 接箍時(shí)的扭矩， 設(shè)定基礎(chǔ)扭矩為10 人測(cè)量的平均值， 記錄每人測(cè)量值與基礎(chǔ)扭矩的差值， 扭矩偏差見(jiàn)表1。 由表1 可見(jiàn)， 不同人的旋緊扭矩差值最大為20 N·m。

人工測(cè)量7 inLC 接箍的緊密距， 設(shè)定基礎(chǔ)緊密距為10 人測(cè)量的平均值， 記錄每人測(cè)量值與基礎(chǔ)緊密距的差值， 緊密距偏差見(jiàn)表2。 由表2 可見(jiàn)， 不同人的緊密距測(cè)量差值最大為0.5 mm。 可見(jiàn)人工測(cè)量緊密距易產(chǎn)生較大的數(shù)據(jù)偏差， 尤其影響參數(shù)在臨界值的判定。

1.2.3 毛刺對(duì)緊密距的影響

在油田現(xiàn)場(chǎng)商檢及油田監(jiān)造過(guò)程中， 首扣毛刺的打磨及清除被作為一個(gè)重點(diǎn)檢查內(nèi)容； 較多廠(chǎng)家收到過(guò)油田關(guān)于首扣毛刺起始扣內(nèi)翻邊毛刺未打磨的質(zhì)量異議。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)毛刺未處理、 毛刺去除不干凈及毛刺清除干凈后三種狀態(tài)接箍緊密距進(jìn)行了測(cè)量， 對(duì)比結(jié)果表明， 一般存在首扣毛刺的情況對(duì)造成緊密距測(cè)量偏大， 易造成緊密距判定不真實(shí)的情況。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析， 一般情況下首扣毛刺影響較小，偏差約0.10～0.20 mm。 但當(dāng)首扣出現(xiàn)積削瘤時(shí)， 接箍緊密距偏差較大， 偏差約0.20～0.40 mm。

需特別引起注意的是， 當(dāng)首扣毛刺出現(xiàn)內(nèi)翻時(shí)， 必須對(duì)首扣毛刺進(jìn)行徹底清除， 并在加工中避免毛刺內(nèi)翻的現(xiàn)象。 此類(lèi)情況對(duì)緊密距的影響較嚴(yán)重， 根據(jù)內(nèi)翻情況， 偏差約1.00～2.60 mm。

1.2.4 測(cè)量過(guò)程對(duì)緊密距的影響

接箍緊密距測(cè)量時(shí)， 所有量具（特別是量規(guī)）與被檢產(chǎn)品等溫足夠時(shí)間， 以消除溫差。 溫度不但影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性， 還會(huì)將量規(guī)抱死在接頭上無(wú)法卸下。 量規(guī)牙側(cè)有積瘤時(shí)， 上規(guī)也易造成管子螺紋表面撕破。 對(duì)于一些大規(guī)格螺紋接頭，緊密距檢驗(yàn)的確很費(fèi)力氣， 也易拉傷螺紋表面。

測(cè)量時(shí)， 檢驗(yàn)人員將工作塞規(guī)旋入接箍?jī)?nèi)螺紋， 手緊后使用游標(biāo)卡尺進(jìn)行緊密距測(cè)量讀數(shù)。此過(guò)程中一般存在兩種誤差， 第一種為讀數(shù)誤差，一般誤差不超過(guò)0.04 mm； 第二種為游標(biāo)卡尺磨損導(dǎo)致游標(biāo)尺松動(dòng)， 后因受力變形導(dǎo)致讀數(shù)偏差，這類(lèi)偏差較大， 根據(jù)磨損情況， 為0.20～0.40 mm。

2 緊密距測(cè)量誤差的消除措施

2.1 中徑對(duì)緊密距的影響消除

選擇同一批次、 同一車(chē)床加工的接箍10 件，加工時(shí)中徑值采用極限參數(shù)。 經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析， 緊密距與中徑值基本對(duì)應(yīng)， 但在極限參數(shù)下， 錐度、 齒高等參數(shù)的變化嚴(yán)重影響兩者的對(duì)應(yīng)。

因此， API SPEC 5B （16th） 對(duì)中徑的測(cè)量、公差等進(jìn)行了明確的闡述， 中徑的控制也顯得越來(lái)越重要。 現(xiàn)場(chǎng)控制時(shí)， 一般采用中徑偏差80%范圍控制， 可有效提升緊密距參數(shù)的穩(wěn)定。

2.2 手緊扭矩對(duì)緊密距的影響消除

人工測(cè)量接箍緊密距時(shí)， 工作塞規(guī)旋入內(nèi)螺紋時(shí)可加適量潤(rùn)滑油， 平穩(wěn)旋入， 禁止施加慣性， 以檢測(cè)人員的臂力上至不動(dòng)。 但實(shí)際操作中因人的臂力大小不一， 工廠(chǎng)在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)禁止操作人員采用過(guò)分的外加力， 例如鐵質(zhì)榔頭等大力敲擊， 避免過(guò)度旋合造成緊密距測(cè)量值偏小、實(shí)際值偏大。 上述情況在磷化或鍍銅后， 商檢中會(huì)存在緊密距普遍偏大的情況， 油田商檢中此類(lèi)問(wèn)題較多， 加工廠(chǎng)應(yīng)采取必要的措施進(jìn)行控制。

2.3 毛刺對(duì)緊密距的影響消除

當(dāng)首扣毛刺出現(xiàn)內(nèi)翻時(shí)， 對(duì)緊密距的影響較嚴(yán)重， 是必須杜絕的一類(lèi)現(xiàn)象。 且內(nèi)翻嚴(yán)重影響上卸扣質(zhì)量， 經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)， 內(nèi)翻毛刺引起上卸扣粘扣的概率被提高65%。

起始扣毛刺人工打磨是常見(jiàn)的毛刺消除手段。 國(guó)內(nèi)較多廠(chǎng)家在設(shè)備上增加了去毛刺刀， 可有效提高毛刺去除質(zhì)量， 但因參數(shù)修訂時(shí)， 會(huì)產(chǎn)生較高的內(nèi)翻概率； 普遍的靠近修正過(guò)程比較耗時(shí)， 較多工廠(chǎng)采用毛刺刀去除與人工打磨相結(jié)合的方式， 可有效提升作業(yè)率及毛刺去除質(zhì)量。 應(yīng)注意的是， 打磨或毛刺刀去除毛刺應(yīng)避免對(duì)首扣的損傷。

2.4 測(cè)量過(guò)程對(duì)緊密距的影響消除

一般工廠(chǎng)均建有量具室， 恒溫保存量具。 在冬季及夏季， 因室內(nèi)外溫度差異較大， 在緊密距測(cè)量時(shí)， 應(yīng)避免工作塞規(guī)溫度與工件溫差較大，導(dǎo)致量規(guī)抱死在接頭上卸不下來(lái)， 應(yīng)提前將工作塞規(guī)拿出靜置2 h 以上。

工作塞規(guī)在使用過(guò)程中， 應(yīng)每間隔一定使用數(shù)量對(duì)其進(jìn)行清潔。 接箍?jī)?nèi)螺紋加工后必須使用壓縮空氣對(duì)其內(nèi)螺紋進(jìn)行吹掃， 避免鐵屑對(duì)螺紋的損傷。

測(cè)量時(shí)， 游標(biāo)卡尺游尺部分應(yīng)活動(dòng)靈活但不松動(dòng)， 確保游標(biāo)卡尺測(cè)量的可靠性。 在測(cè)量過(guò)程中， 應(yīng)將接箍平放， 確保測(cè)量及讀數(shù)的可靠性。建議采用數(shù)顯游標(biāo)卡尺， 避免人為讀數(shù)造成的誤差。

3 結(jié) 論

（1） 螺紋中徑對(duì)緊密距的影響較大， 尤其體現(xiàn)在外徑越大， 影響約顯著。 緊密距數(shù)據(jù)合格與否不能代表中徑的判定。 現(xiàn)場(chǎng)控制時(shí)， 一般采用中徑偏差80%范圍控制， 可有效提升緊密距的參數(shù)的穩(wěn)定。

（2） 傳統(tǒng)方法檢驗(yàn)螺紋時(shí)， 緊密距測(cè)量應(yīng)對(duì)力度及敲擊、 旋合進(jìn)行相應(yīng)控制， 建議每月應(yīng)使用力矩扳手進(jìn)行復(fù)核， 避免因磨損等原因造成的批量參數(shù)跳動(dòng)。

（3） 首扣毛刺必須清除干凈， 禁止出現(xiàn)毛刺內(nèi)翻； 建議采用毛刺刀去除與人工打磨相結(jié)合的方式， 可有效提升作業(yè)率及毛刺去除質(zhì)量。

（4） 在緊密距測(cè)量時(shí)， 應(yīng)避免工作塞規(guī)與工件存在較大溫差， 定期清潔工作塞規(guī)， 確保游標(biāo)卡尺測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性， 以避免測(cè)量過(guò)程引起的緊密距誤差。