CN102392608A - 用于油套管具有仿生凹坑表面的螺纹 - Google Patents

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张心明
侯玉秀
彭龙
刘建河
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Abstract

一种用于油套管具有仿生凹坑表面的螺纹，用做石油油管接头外螺纹和套管内螺纹，螺纹表面的抗粘性能得以提高，属于石油工业器材技术领域。现有油套管螺纹表面光滑，装配后存在冷焊现象，会因拆解损伤螺纹。采用磷化、镀铜等金属表面化学处理方法处理螺纹表面，工艺不稳定，如磷化层厚度不均匀，还会导致严重的环境污染。本发明之用于油套管具有仿生凹坑表面的螺纹是一种API标准螺纹，其特征在于，在螺纹表面均匀分布有仿生凹坑，坑口径向尺寸、坑深尺寸均为微米数量级。本发明之具有仿生凹坑表面的螺纹其使用寿命较现有API标准螺纹提高1～2倍，能够节约器材成本30～40％。

Description

用于油套管具有仿生凹坑表面的螺纹
技术领域
本发明涉及一种用于油套管具有仿生凹坑表面的螺纹，用做石油油管接头外螺纹和套管内螺纹，螺纹表面的抗粘性能得以提高，属于石油工业器材技术领域。
背景技术
石油油管和套管在石油行业被称为油套管，是钻井、完井和采油的重要基础构件。在油管接头处有外螺纹，套管具有内螺纹，均为API标准螺纹，由套管通过螺纹连接油管，并且需要多次拆装。然而，在油套管的拆装过程中会因螺纹粘扣而损伤螺纹。所谓粘扣是一种发生在相互接触的光滑金属表面间的冷焊现象。在套管连接油管时，油管外螺纹与套管内螺纹紧密接触，接触压力很高，发生冷焊。在拆卸油套管时，内、外螺纹相对滑动，在高接触压力、高温和高速加载等因素的作用下，在油套管螺纹金属表面发生弹性变形、塑性变形、挤压剥落、犁沟和嵌入等损伤，进而导致螺纹失效。油套管螺纹失效将缩短油气井的寿命，引发泄露，不仅使油、气减产，而且导致储层严重破坏，使注采井网层布局越来越不合理，影响正常的勘探和开发。另外，更换油套管的费用也十分巨大。
为了解决因油套管螺纹因冷焊、拆卸而损伤的技术问题，现有技术采用对螺纹磷化、镀铜等表面处理技术来防止螺纹失效现象的发生。不过这些处理技术都属于金属表面化学处理，工艺不稳定，如磷化层厚度不均匀，所引发的油套管螺纹局部损伤同样会造成螺纹失效，另外，金属表面化学处理还会导致严重的环境污染。
通过对某些生物如蜣螂、海生贝类、穿山甲、竹材等的研究发现，生物体表具有的减阻脱附和耐磨的功能与其体表的非光滑形态有密切关系，磨料颗粒在摩擦过程中在生物非光滑体表发生滚动，对体表的损伤大大减轻，生物的非光滑体表经过亿万年进化逐渐形成，使之与生存环境相适应。进一步的研究发现，仿生非光滑表面在摩擦过程中具有储油润滑与应力缓释的性能。
发明内容
为了均匀提高油套管螺纹表面的抗粘性能，避免在油套管连接状态下发生明显的冷焊现象，所采取的技术措施环保，我们发明了一种用于油套管具有仿生凹坑表面的螺纹。
本发明之用于油套管具有仿生凹坑表面的螺纹是一种API标准螺纹，其特征在于，在螺纹表面均匀分布有仿生凹坑，坑口径向尺寸、坑深尺寸均为微米数量级。
本发明其技术效果在于，由于在油套管螺纹表面均匀分布有仿生凹坑，使得螺纹表面呈非光滑形态，获得生物体表所具有的减阻脱附和耐磨的功能，还具有储油润滑与应力缓释的性能，油套管螺纹表面的抗粘性能因此而提高，能够有效避免在油套管连接状态下发生明显的冷焊现象，而且，能够采用激光加工技术在金属螺纹表面加工该仿生凹坑，相比金属表面化学处理，不会对环境造成污染。本发明之具有仿生凹坑表面的螺纹其使用寿命较现有API标准螺纹提高1～2倍，能够节约器材成本30～40％。
附图说明
图1是本发明之用于油套管具有仿生凹坑表面的螺纹局部放大立体示意图。图2是本发明之用于油套管具有仿生凹坑表面的螺纹局部放大剖视示意图，该图兼作为摘要附图。
具体实施方式
本发明之用于油套管具有仿生凹坑表面的螺纹是一种API标准螺纹。在螺纹表面均匀分布有仿生凹坑，见图1所示。坑口径向尺寸、坑深尺寸均为微米数量级，坑口径向尺寸d为50～300微米，坑深尺寸h为25～300微米，凹坑分布密度为每一百平方毫米螺纹表面分布有50～5000个，见图2所示。例如，坑口径向尺寸d＝100微米，坑深尺寸h＝50微米，凹坑分布密度为1000个/100平方毫米。
本发明之用于油套管具有仿生凹坑表面的螺纹的制造方法如下，将管材按API标准加工出螺纹，采用高能量密度和高重复频率的激光，在辅助气体的配合下，由计算机按照坑口径向尺寸d、坑深尺寸h以及凹坑分布密度要求，控制数控机床加工凹坑。

Claims (2)

1.一种用于油套管具有仿生凹坑表面的螺纹，是一种API标准螺纹，其特征在于，在螺纹表面均匀分布有仿生凹坑，坑口径向尺寸、坑深尺寸均为微米数量级。
2.根据权利要求1所述的具有仿生凹坑表面的螺纹，其特征在于，坑口径向尺寸d为50～300微米，坑深尺寸h为25～300微米，凹坑分布密度为每一百平方毫米螺纹表面分布有50～5000个。
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