摘要：直连型套管螺纹接头比接箍式套管的加工难度大，常见的问题是螺纹接头偏心。在现场对某油田到货的直连型套管接头台肩壁厚进行检验，发现套管接头偏心严重。对该批套管检测结果进行了统计分析，认为套管接头偏心与管端弯曲有关。通过统计分析，认为该批套管接头产品过程能力指数不足。为了从根本上解决直连型套管接头偏心问题，提出了订货补充技术条件。该技术条件不仅使油田到货验收有了技术依据，而且也对工厂质量控制具有指导作用。
关键词：直连型套管；壁厚；偏心；椭圆度；产品过程能力指数
与接箍式套管比较，直连型套管螺纹接头的加工难度大，常见的问题是接头的几何形状偏心。某油田对214根直连型套管在现场进行检验，发现套管接头偏心严重，个别套管的内螺纹接头外台肩壁厚相差近1倍。为分析套管接头偏心的原因，本文对该批套管的测量结果进行统计分析，并提出了直连型套管的订货补充技术要求。
1 测量结果及分析
该批套管内外螺纹接头测量及分析结果如图1～6。
图1 套管内螺纹接头外台肩壁厚不匀形貌
图2 内螺纹接头不同位置镗孔直径正态分布
图3 内螺纹接头0～180°与90～270°镗孔直径之差正态分布
图4 内螺纹接头0～180°与90～270°外径之差正态分布
图5 内螺纹接头不同圆周位置外台肩壁厚正态分布
图6 外螺纹接头不同圆周部位内台肩壁厚对比正态分布
从测量和分析结果知：
1） 每根套管内螺纹接头不同圆周部位外台肩壁厚不同，0°位置壁厚最小。偏心最严重的1根套管内螺纹接头外台肩最小壁厚6.10 mm，最大壁厚11.80 mm，后者是前者的1.93倍。所有套管内螺纹接头外台肩壁厚平均值为9.15 mm。
2） 套管内螺纹接头0～180°与90～270°镗孔直径正态分布曲线偏离，平均值差0.63 mm（249.30～248.67 mm）；大多数套管内螺纹接头0～180°与90～270°镗孔直径之差为正，说明套管镗孔为椭圆，椭圆长轴在0～180°方向。
3） 套管内螺纹接头0～180°与90～270°外径之差基本符合正态分布，其平均值与理论值仅差0.01 mm。
4） 每根套管外螺纹接头不同圆周部位内台肩壁厚不同，0°位置壁厚最小。不同圆周部位正态分布曲线偏离，其平均值分别是0°为5.95 mm，90°为6.24 mm，180°为6.47 mm，270°为6.44 mm。偏心最严重的一根套管外螺纹接头内台肩最小壁厚5.56 mm，最大壁厚6.80 mm，后者是前者的1.22倍。所有套管外螺纹接头内台肩壁厚平均值为6.28 mm。
2 套管偏心原因分析
套管接头偏心与套管不圆［1］和管端弯曲等有关。
2.1 套管管体外壁不圆导致套管接头偏心的可能性
测量和分析结果表明，内螺纹接头0～180°与90～270°外径之差符合正态分布，即套管管体外壁圆度没有问题。因此，可以排除套管管体不圆导致接头偏心的可能性。
2.2 管端弯曲导致套管接头偏心的可能性
如果管端弯曲，管端与管体不同轴，最终导致加工的内外螺纹接头与管体不同轴，接头台肩壁厚不同。在不考虑卡盘夹持变形的情况下，接头镗孔应当为圆。
实际在3爪卡盘夹持管端加工螺纹接头时有1爪在管端偏离轴线最远的外壁位置夹持力太大，导致该位置弹性变形凹下。卡盘松开后套管接头弹性恢复，故镗孔由圆变为椭圆。
该批套管大多数内螺纹接头镗孔为椭圆，椭圆长轴在0～180°方向。在0°位置套管接头台肩壁厚最薄，说明套管接头沿着0→180°平面向0°方向弯曲。
套管内螺纹接头镗孔直径为螺纹参数之一，依据不同位置套管内螺纹接头镗孔直径测量结果（如图2）判断，套管内螺纹接头偏心。
套管外螺纹接头内台肩壁厚为螺纹参数之一，依据不同位置套管外螺纹接头内台肩壁厚测量结果（如图6）判断，套管外螺纹接头也偏心。
2.3 套管接头偏心对使用性能的影响
套管接头偏心会导致内外螺纹接头连接之后不同轴。当套管受到轴向载荷时会产生附加弯矩，容易发生失效事故［2-9］。
3 套管订货技术要求
3.1 技术要求
在油田与厂家签订的直连型套管技术协议中，对套管接头偏心没有任何要求。依据套管测量结果，厂家认为这种直连型套管内螺纹接头外台肩壁厚t smin≥6.00 mm为合格。
为防止此类质量问题再次发生，保证订购的套管质量，用户应当对厂家给出的标准合理性进行分析，并对直连型套管接头提出订货技术要求。
塔里木油田要求接箍式套管管体同一截面壁厚不均度为
式中：t max为最大壁厚；t min为最小壁厚；t为公称壁厚。
设壁厚公差为±x，带入式（1）得：
螺纹段长度L b＝114.62 mm，锥度1：16估算，螺纹段直径分量为7.16 mm，半径方向分量为3.58 mm。下面按照直连型套管接头（如图7）台肩壁厚（t s）为套管管体扣除螺纹段半径方向分量之后剩余壁厚之1／2，即t s＝0.5（t－3.58），对其接头台肩壁厚不匀度予以分析。
1） 接头台肩壁厚（t s）公差取±y，y＝0.5x，带入式（2）得y≤0.03t。
2） 接头台肩壁厚（t s）公差取±y，y＝x，带入式（2）得y≤0.06t。
图7 直连型套管接头示意
3.2 技术要求验证
3.2.1 内螺纹接头外台肩
①取内螺纹接头外台肩壁厚公差为±0.5x（管体壁厚公差1／2）。该批265.13 mm×22.0 mm直连型套管内螺纹接头外台肩测量平均壁厚为9.15 mm。按照t s＝9.15 mm，带入式（3）～（4）得：
t smax＝1.06t s＋0.11＝1.06×9.15＋0.11＝9.81 mm
t smin＝0.94t s－0.11＝0.94×9.15－0.11＝8.49 mm
②取内螺纹接头外台肩壁厚公差为±x（管体壁厚公差）。该批265.13 mm×22.0 mm直连型内螺纹接头外台肩测量平均壁厚为9.15 mm。按照t s＝9.15 mm，带入式（5）～（6）得：
该批直连型套管内螺纹接头外台肩壁厚测量值为6.10～11.88 mm，远超出本节①和②计算的公差范围。由此可见，厂家规定该种直连型套管内螺纹接头外台肩壁厚t smin≥6.00 mm是不合要求的。
3.2.2 外螺纹接头内台肩
①取外螺纹接头内台肩壁厚公差为±0.5x（管体壁厚公差之半）。该批直连型套管外螺纹接头内台肩测量平均壁厚为6.28 mm。按照t s＝6.28 mm，带入式（3）～（4）得：
t smax＝1.06t s＋0.11＝1.06×6.28＋0.11＝6.77 mm t smin＝0.94t s－0.11＝0.94×6.28－0.11＝5.79 mm
②取外螺纹接头内台肩壁厚公差为±x（管体壁厚公差）。该批265.13 mm×22.0 mm直连型套管外螺纹接头内台肩测量平均壁厚为6.28 mm。按照t s＝6.28 mm，带入式（5）～（6）得：
t smax＝1.12t s＋0.21＝1.12×6.28＋0.21＝7.24 mm
t smin＝0.88t s－0.21＝0.88×6.28－0.21＝5.32 mm
该批直连型套管外螺纹接头内台肩壁厚测量值为5.56～6.94 mm，超过本节①计算的公差范围，符合本节②计算的公差范围。
3.3 产品过程能力指数分析［10］
3.3.1 产品过程能力指数
过程能力C p是用来度量一个过程满足标准要求的程度，C p愈大说明过程能力愈充足，过程加工合格品的能力愈高。
产品过程能力指数
产品过程能力指数说明如表1。
表1 产品过程能力指数说明
3.3.2 内螺纹接头外台肩过程能力指数分析
依据测量结果，套管内螺纹接头外台肩壁厚的标准差σ＝0.982 354。
按照第3.2.1节①设定的公差，t smax＝9.81 mm，t smin＝8.49 mm，σ＝0.982 354，代入式（7）得：
C p＝（9.81－8.49）／（6×0.982354）＝0.22
按照3.2.1节②设定的公差，t smax＝10.46 mm，t smin＝7.84 mm，σ＝0.982 354，代入式（7）得：
C p＝（10.46－7.84）／（6×0.982 354）＝0.44
通过将3.2.1①和②设定的公差计算的过程能力指数C p的计算结果与表3进行对比，可以看出，内螺纹接头外台肩壁厚加工过程能力严重不足，应停止生产，检查原因，并且对产品严加检验。
3.3.3 外螺纹接头内台肩过程能力指数分析
依据测量结果，外螺纹接头内台肩壁厚的标准差σ＝0.288 812
按照3.2.2节①设定的公差，t smax＝6.77 mm，t smin＝5.79 mm，σ＝0.288 812，代入式（7）得：
C p＝（6.77－5.79）／（6×0.288 812）＝0.57
按照3.2.2节②设定的公差t smax＝7.24 mm，t smin＝5.32 mm，σ＝0.288 812，代入式（7）得：
C p＝（7.24－5.32）／（6×0.288812）＝1.11
通过将3.2.2①设定的公差计算出的过程能力指数C p与表1进行对比，可知外螺纹接头内台肩壁厚加工过程能力严重不足，应停止生产，检查原因，并且对产品严加检验。通过将3.2.2②设定的公差计算出的过程能力指数C p与表1进行对比，可知外螺纹接头内台肩壁厚发生不合格的概率增大，需加强对设备等的检查。
4 结论
1） 直连型套管接头台肩偏心原因是管端弯曲所致。
2） 建议直连型套管内、外螺纹接头台肩壁厚最大值t smax＝1.06t s＋0.21 mm，最小值t smin＝0.94t s－0.21 mm（t s为台肩公称宽度）。加强产品质量检验，进行弯曲度测量。
3） 针对该批套管，建议按照特殊螺纹接头套管要求进行上卸扣试验，首次上扣后测量接头部位的弯曲度。
