20in-ZSB快速连接密封套管螺纹接头的加工方法

随着海油油气田开发转向深海，对套管机械性能、密封性能的要求越来越高。以往深水油气田钻采中所采用的套管多依赖进口产品，而且价格昂贵。为提高公司的竞争力，扩大市场的占有份额，公司研发了20in-ZSB快速连接密封套管。文章探讨20in-ZSB快速连接密封套管螺纹接头的加工方法。

1 20in-ZSB螺纹的基本参数

基本参数：①螺纹牙型具体参数：承载角2°；导向角30°；牙型高2.3mm；②螺纹扣数：（导程）33.87mm（3扣/英寸）；螺距8.467mm；③螺纹线数：4线；④螺纹锥度：1:6；⑤螺纹拧紧圈数小于等于3/4圈；⑥螺纹密封方法：主密封面采用柱面与橡胶O型圈密封。

2 加工工艺分析

根据海上油田开采环境的特殊要求，结合经验和分析研究，20in-ZSB螺纹套管的管体材料采用X52，接箍材料采用20Mn2锻件，粗加工后经超声波探伤后热处理硬度（HB220～240）。经机加工成品后，公接头焊上试压盲板，与接箍装配，经上扣机上扣至扭矩后，进行水压试验，压力26MPa。稳压5min以上。管端螺纹接头，螺纹接箍均无渗漏，无降压为合格[1]。

3 加工过程中的难点

加工过程中的难点：①螺纹加工的专用螺纹刀具问题；②如何保证螺纹的锥度、导程和螺距；③如何保证公接头装夹牢固性的和减少加工螺纹时产生的变形；④如何保证接箍的同轴度和螺纹的圆跳动误差；⑤如何减少套管和接箍在加工中的热变形[2]。

4 解决措施和方法

针对20in-ZSB螺纹锥度大、导程大、线数多的特点，特别是螺纹的牙型、锥度、角度等都有极高的要求，而普通的刀具根本无法满足于加工要求。根据查阅相关资料，请教专业的刀具厂家技术人员建议，设计出了一种专门加工此螺纹的刀具。该外螺纹刀柄采用35mm×40mm×170mm，内螺纹刀杆采用55mm×72mm×335mm的设计。刀具经多次加工试验，该螺纹刀具的牙型、角度、锥度完全达到图纸设计的要求。同时该刀具具有足够的刚性和耐磨性。特别是在加工接箍的时候刀杆有足够的刚性，保证了加工时不会产生振动。同时刀具设计了特有的排屑槽和断屑器，使加工过程中排屑顺利，加工出来的螺纹表面粗糙度达到了3.2以上。

该螺纹的导程达到33.87mm；螺距8.467mm，普通的机床的刚性和强度根本无法加工，同时分线的准确性也无法达到设的计要求。必须采用高精度，高柔性的数控机床才能加工出来。通过STC34150BPBIE数控机床加工出来的螺纹锥度、螺距误差只有0.02mm。经三坐标机检验螺纹各项数据都达到了设计的技术要求。

由于管体尺寸较大，而且较薄，管体无法伸入机床夹持。为减少工件的装夹变形，采用一夹一顶的装夹方法。加工20in-ZSB公螺纹接头时，将管体装夹效正到STC34150BPBIE数控管螺纹机床后，在管内壁倒一个2×30°。同时为防止公接头在加工过程因切削力所导致工件松动或位移，并自行设计了专用于20″管体的磨菇顶，磨菇顶的锥度与管体内壁的锥度相同，外径大小不能影响加工螺纹时的定位点和退刀。以此增加工件的刚性，保证加工螺纹时，工件有足够的回转刚性及切削稳定性，减少了螺纹在加工过程中的变形[3]。

接箍经粗加工调质处理后，夹持内孔装夹到数控STC34150BPBIE机床上效正后，平端面，粗精车一次加工到接箍外径尺寸￠518mm。将中心架放在车床导轨合适的位置，用螺栓固定中心架底座车床床鞍上，然后调节三个支撑杆，使支撑杆前端的轴承碰到工件外表面。锁紧防松动螺栓，一次加工出一端内径和螺纹以及密封槽。调头用百分表效正外圆夹紧后，加工出另一端。这样就保证了接箍在加工时的同轴度，同时加工内螺纹时，有中心架支持，使得螺纹在加工时有足够的回转刚性，保证了螺纹的圆跳动误差和同轴度误差。

此次加工的20in-ZSB螺纹套管外径大，厚度薄，特别是粗车和加工螺纹的过程中会产生大量的切削热。虽然大部分的热量被切屑带走，传递到工件和刀具上的热量不多，但是刀具在长时间的切削中逐渐膨胀，刃部的温度可高达700～800℃，工件的热变形量可达O.2～O.3mm。因此对加工精度和表面质量的影响不容忽略。切削时分粗，精加工，特别是在加工接箍时要把螺纹加工完后再精加工密封面和密封槽。精加工时，要在粗加工后侍充分冷却后再开始精加工。精车时可适当增大刀具的前角和后角，使刀尖锋利。适当地提高切削速度，降低进给量和减少吃刀深度。同时在加工的过程中使用冷却效果更好的乳化液来增强冷却，提高散热速度等措施，以减少工件在加工时的热变形。

5 结束语

随着海上油气田勘探朝着深水发展，特殊螺纹套管应用越来越广泛。由于该螺纹采用大锥度、大导程、四线特殊偏梯形螺纹，加工难度大，采用上述加工方法，有效地解决了加工难题。经试验，各项指标符合设计标准。