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［摘要］油套管作為數控車床加工的重要零配件，是石油天然氣勘探和開采的重要設備。使用數控車床加工套管，不僅能夠更好地保障油套管的使用性能，還能夠保證特殊螺紋油套管的使用質量。本文探索數控車床加工特殊螺紋油套管的路徑，希望可以為油套管的加工效能提升提供借鑒。

［關鍵詞］數控機床；特殊螺紋油套管；加工質量；優化措施

隨著油田氣井的開發，對氣井管柱要求日益嚴格。油氣開發過程中往往存在較高氣壓，管柱需要經歷下管柱、生產、壓裂等一系列工作及環節，管柱質量決定油氣開發效果。保證管柱使用質量的關鍵環節之一是油套管，使用特殊螺紋油套管能夠更好地提升管柱質量的可靠性。使用數控車床對特殊螺紋油套管進行加工，能夠解決螺紋接頭密封性能差、難以控制、接頭應力不足等問題，改善螺紋油套管質量。隨著我國石油勘探水平的不斷提升，特殊螺紋油套管的使用頻次越來越多，探索數控車床加工特殊螺紋油套管的優化措施，已經也必將成為油田氣井設備行業發展的重要內容。

1油套管特殊螺紋類型

特殊螺紋油套管最初研制成功并推向市場屬于行業領域內的高端產品，雖然該油套管的研制國家和市場擁有量越來越多，但是公認性能最好、應用更為廣泛的依然為來自德國、美國、日本等國家的特殊螺紋油套管，如德國曼內斯曼公司生產的VAM系列特殊螺紋，日本鋼管公司（NKK）生產的NK3SB、NK2SC、NKEL、NKSL系列特殊螺紋等。目前，應用較為廣泛的特殊螺紋主要有以下幾種。

1.1TM特殊螺紋

這種油套管螺紋形式表面經過磷化處理，主要參數：導向面角度為10°，承載面角度為3°，錐度為1∶16，每英寸牙數為5牙。這種螺紋形式能夠實現更好的密封效果，為90°肩兼端面密封、錐面金屬密封。

1.2SM－EF特殊螺紋

這種油套管螺紋形式表面經過鍍鋅處理，主要參數：導向面角度為45°或者30°，承載面角度為3°，錐度為1∶8.5，每英寸牙數為3牙。

1.3NK3SB特殊螺紋

這種螺紋形式表面經過鍍銅或者接箍鍍銅處理，主要參數：導向面角度為45°，承載面角度為0°，錐度為1∶16，每英寸牙數為5牙。這種特殊螺紋形式是目前市面上較為先進的設計形式，并能夠承載較大的軸向壓縮荷載，對于彎曲荷載承載力也較強。

1.4NSCC特殊螺紋

此種螺紋形式與NK3SB特殊螺紋形式有相同之處，兩者表面都是經過鍍銅或者接箍鍍銅處理，主要參數：導向面角度為10°，承載面角度為3°，錐度為1∶16，每英寸牙數為5牙。這種螺紋形式特殊之處在于其具有更強的密封性，能夠達到3級密封效果，在氣井和熱采井的應用中更為廣泛。

1.5VAM特殊螺紋

這種螺紋形式為APIBC，主要參數：反角15°扭矩臺肩，錐面密封。這種特殊螺紋的特點在于易于加工，性能具有可靠性，因其所具有的簡單特點也讓其獲得更為廣泛的應用效果。

1.6SEG特殊螺紋

這種螺紋形式為APIBC，表面經過磷化處理，主要參數：套管為反角15°，反角20°內扭矩臺肩。

1.7其他

除上述油套管特殊螺紋外，一些其他油套管也擁有特殊螺紋，如美國Hunting公司開發的HDSeal-lock，上海寶鋼公司開發的BGTI、TDS等均具有特殊螺紋，在設計生產方面也具有較高技藝。

2數控車床加工特殊螺紋油套管存在的問題

2.1扎刀

數控車床在特殊螺紋油套管加工過程中，往往會發生扎刀的情況，究其根本原因主要包括以下3個方面。（1）螺紋車刀裝得過高或者過低。如果螺紋車刀裝得過高，則在車削達到一定深度時，車刀會頂住工件，表面摩擦力變大，車削阻力增大，造成扎刀。如果螺紋車刀裝得過低，排屑則會不流暢，刀具磨損較快。（2）工件裝夾不牢固，同樣會發生扎刀。（3）刀片已經發生磨損，或者車削過程中刀磨損較大，切削用量太大。

2.2亂扣

數控車床在特殊螺紋油套管加工過程中，也容易發生亂扣的情況，容易造成螺距變化。發生亂扣的主要原因如下。（1）機床主軸編碼器同步傳動皮帶磨損，數控機床接收信息處理中心指令，如編碼器同步傳動皮帶磨損，則系統無法檢測主軸的轉速，造成處理中心信息無法結合主軸的真實轉速發出正確指令，Z軸的移動發生錯誤，導致亂扣。（2）Z軸絲杠的竄動量過大。僂淵今日制造與升級Technology技術（3）中心架進行螺紋加工，如果中心架發生位置偏差，則會導致Z軸變動，也發生亂扣。（4）主軸編制輸入程序，以及發出的指令錯誤。如編碼示例中，N10和N50程序輸入錯誤，則處理中心給出指令錯誤，Z軸移動同樣錯誤。編碼示例如下。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牙型參數錯誤

石油開采專用螺紋為API螺紋，這種螺紋油套管加工使用成型螺紋刀片，不同刀片匹配不同螺紋油套管。如果刀片使用錯誤，就會造成牙型參數錯誤，嚴重情況下還可能引發加工事故。

2.4螺紋表面粗糙原因分析

（1）使用磨損嚴重的刀片加工特殊螺紋油套管。（2）螺紋刀刀柄剛性較差，發生振刀。（3）螺紋切削時，因為切削厚度太小，或者鐵屑未及時清除造成堆積，劃傷牙的兩側，也會導致螺紋表面切削粗糙度加劇。

3數控車床加工特殊螺紋油套管問題的改善策略

3.1扎刀問題解決策略

（1）加工螺紋前檢查刀體高度。一般情況下都是自定心刀體，如果不是，可以采用兩種方法予以確定：①采用尾座頂尖對準刀體中心高；②畫線法確定中心高，先用外圓車刀車實心工件端面（x方向車到負值），端面中心位置會出現一個頂尖橛子，使用該頂尖橛子與外圓刀中心高對準，用端面上的畫線對準螺紋刀中心高。（2）要確定好工件的位置，液壓卡盤情況下，工件盡量不要在卡爪行程極限位置，避免裝夾不牢情況發生。非液壓卡盤，則需要卡爪用力夾緊，避免工件竄動。（3）及時觀察刀片使用狀態，并做好刀具調整。（4）根據螺紋規格要求，調整選擇適當刀具，并做好切削速度把控。

3.2亂扣問題解決策略

（1）如亂扣為數控機床本身問題，需要由專業維修人員做好檢查維修，避免數控機床出現機械問題。（2）要保證數控機床的編制程序與油套管螺紋規格相匹配，保證程序指令與圖紙要求一致。（3）中心架子調整過程中需要注意卡盤裝夾工件的圓跳動不可太大，一般控制在Φ0.05mm以內，找正的工件圓跳動Φ0.05mm以內，中心架子外的工件外圓達到Φ0.05mm，保證同軸度的位置確定。（4）修復螺紋精準性，則可以使用固定位置裝夾修復螺紋法。需要加工的工件裝在卡盤上，保證與前一完工的工件位置一致，并對準卡盤的一個爪畫一條連接標識線，就工件位置予以確定?？梢韵葘⒍嗣孳嚨?mm，并保證外圓與端面垂直，能夠很好地保證螺紋參數達標。

3.3牙型參數錯誤解決策略

解決數控機床加工特殊螺紋油套管過程中出現的牙型錯誤問題，需要結合所加工的螺紋油套管具體情況選用不同的刀片。例如，需加工以下參數的螺紋油套管，則需要選擇相應刀片，V50代表平牙頂，60°代表牙底三角形螺紋，0402則代表螺紋每英寸的牙數，錐度比則通過后兩位數字表示，數字與REG的結合則是API標準的螺紋扣型。V50——040265/8inREG，V50——040375/8inREG，V40——0503（41/2inREG）（31/2inREG），（27/8inREG）（23/8inREG）。

3.4螺紋表面粗糙解決策略

（1）結合刀削具體情況及時更換刀片，還需要綜合考慮切削液的濃度，切削液濃度不同對刀片的使用壽命也會產生影響。（2）結合具體加工情況，盡可能增加刀柄橫截面積，縮短刀柄伸出長度。（3）對油套管螺紋進行切削時，需要把控其深度，一般一刀深度為0.1mm，結合具體情況選定合適的切削速度。

4結束語

特殊螺紋油套管的使用實現了油田氣井的開發和利用，保障了我國能源的更好開采，做好特殊螺紋油套管的加工，保障特殊螺紋油套管以更為匹配的狀態與管柱結合，能夠進一步實現油田氣井設備的更好應用，推動我國油田氣井行業的發展和能源的開采利用。機械設備加工行業需要深入研究數控車床的加工性能，分析數控車床加工特殊螺紋油套管過程中存在的問題或者發生的故障。結合實際情況探索更好的問題解決策略或者故障排除方式，實現特殊螺紋油套管的加工，提升特殊螺紋油套管加工質量。

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作者:王鵬 單位:中海油能源發展裝備技術有限公司加工制造分公司