新型大扭矩套铣管的设计研发

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1、西安石油大学硕士学位论文图2．1双级偏梯形短齿螺纹尺寸图2．1．2存在的问题图2．2双级偏梯形短齿螺纹牙形尺寸图双级螺纹在设计上具有良好的使用性能，但在实际加工、使用过程中，存在以下三个问题：第一个问题是双级套铣管螺纹壁厚偏差不均匀。双级套铣管外螺纹第一级壁厚为4．07ram，内螺纹第一级壁厚为3．84mm，目前使用的套铣管的制造公差按照GB／T8162．1999《结构用无缝钢管》标准，热轧管的外径公差为士1％D，公差值过大，以77／8”套铣管为例，其外径偏差为+2mm，套铣管坯料圆度不均匀，加工后的外螺纹唇部局部极其单薄，会造成套铣管壁

2、厚不均匀现象，导致成品套铣管抗扭强度达到不到设计要求，使用中容易出现脱扣、扭断等现象。如图2．3所示，因内外径公差过大，螺纹对中性不好，导致成品套铣管左下部台肩变薄，右上部台肩变大，导致螺纹连接抗扭强度变弱。6第二章套铣管连接螺纹的设计图2．3套铣管壁厚不均匀现象第二个问题是螺纹不易同步。因精度偏差和必须的圆弧过渡，中间的一级台肩面实际上无法接触，螺纹啮合后实际的承力面和密封面只是螺纹两端的两个台肩，中间台肩形同虚设，不能完全啮合。图24是加工后套铣管的解剖样品，红色圆圈所示中间台肩因)JHT_精度达不到要求，没有接合，螺纹连接抗扭抗拉性

3、能达不到设计要求。图2-4双级扣啮合剖面图第三个问题是车削装夹易变形。由于双级螺纹结构特征及套铣管坯料材质和壁厚的原因，加工后的第一级螺纹壁厚较薄，刚度减弱，在加工过程中工件会产生较大的弹性变形，从而导致加工难度较大，无法保证套铣管的加工精度，导致成品率低。2．2单级偏梯形短齿同步螺纹结构设计针对双级偏梯形短齿同步螺纹存在的主要问题，设计了三种不同台肩面形式的单级偏梯形短齿同步螺纹。三种方案的牙形均采用与双级螺纹相同的不等腰梯形。西安石油大学硕士学位论文2．2．1直台肩面单级偏梯形短齿螺纹图2．5直台肩面单级偏梯形短齿螺纹直台肩面单级偏梯

4、形短齿螺纹如图2．5所示。这种螺纹两端的内外台肩面均垂直于轴线，与普通的双台肩螺纹结构相同。密封性能较好，可承受更大的上扣扭矩，能够提高内外管壁的抗变形能力。2．2．2双斜台肩面单级偏梯形短齿螺纹图2-6双斜台肩面单级偏梯形短齿螺纹双斜台肩面单级偏梯形短齿螺纹如图2-6所示。这种螺纹与直台肩面单级偏梯形短齿螺纹的不同之处在于螺纹的内外台肩面均为与轴线成75度夹角的斜面，该结构在过扭矩状态下能更好地确保内螺纹不涨扣，外螺纹不缩径，可获得更大的抗扭性能，提高内外管壁的抗变形能力。2．2．3单斜台肩面单级偏梯形短齿螺纹图2．7单斜台肩面单级偏梯

5、形短齿螺纹第二章套铣管连接螺纹的设计单斜台肩面单级偏梯形短齿螺纹如图2．7所示。这种螺纹结构外台肩为平面配合，而内台肩为斜面配合。斜面配合有利于螺纹的找中对正，增大了接触面积，提高了上扣扭矩，平面配合有利于螺纹长度测量的定位，使测量相对准确，加工相对简单，容易保证螺纹长度的尺寸精度。2．2．4三种不同螺纹连接对比(1)直台肩面单级偏梯形短齿螺纹，该型螺纹在车削加工过程中，对螺纹直台肩面加工测量相对简单，较大的壁厚使工件变形量相对减小，加工过程容易控制，螺纹啮合情况比较理想。在上扣试验中，因套铣管使用环境所限，螺纹壁厚较小，会出现内螺纹涨扣

6、，外螺纹缩径现象，可能造成井下作业时脱扣。所以，该方案还需改进。(2)双斜台肩面单级偏梯形短齿螺纹，该型螺纹在车削加工过程中，斜台肩面使螺纹退刀提前，容易导致上扣不到位，用常规量具无法精确测量台肩距离和螺纹长度。从而导致成品达不到设计要求。(3)单斜台肩面单级偏梯形短齿螺纹，该型螺纹在结构设计中对螺纹的入刀和退刀等细节也进行了充分考虑，由于双级螺纹前后加工尺寸长，真正完整螺纹的长度不够，为了确保螺纹啮合长度，双级螺纹的入刀没有倒角，退刀长度仅有4．3mm，退刀长度过短，只能直退刀，不能沿原螺纹自然退刀，不利于使用中各种应力的缓慢分散。考虑

7、到套铣管的壁薄变形问题，对内外螺纹的配合间隙进行了调整，即有利于加工，也有利于上卸扣。经过对三种不同台肩面形式的单级偏梯形短齿螺纹的设计、加工、检测、上扣试验，得出的结论是优选确定单斜台肩面单级偏梯形短齿螺纹为最佳的螺纹连接形式。2．2．5单斜台肩面单级偏梯形短齿螺纹设计图2．8为单斜台肩面单级偏梯形短齿螺纹设计图。与双级螺纹相比，螺纹长度适当减小，螺纹端部采用了直、斜两种台肩密封结构。外台肩为直台肩，内台肩为15。斜台肩。螺纹结构为单级螺纹设计，同时考虑了内外螺纹连接强度比，对螺纹的壁厚尺寸进行了均衡，壁厚及台肩厚度较双级螺纹较厚(表2

8、．1)，降低了双级偏梯形短齿同步螺纹加工的难度。该螺纹牙形与双级偏梯形短齿螺纹牙形同为短齿形螺纹，牙形同为不等腰梯形，工作面的牙侧角为7l／20，非工作面的牙侧角为20。。内外螺纹旋合后，大径