CN105522352A - 页岩气开采用大口径套管接头的加工方法 - Google Patents

页岩气开采用大口径套管接头的加工方法 Download PDF

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赵中清
黄英
宋令玺
黄云
曾理
熊祺
李方应
邓跃刚
边华川
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本发明涉及套管接头加工技术领域，提供一种页岩气开采用大口径套管接头的加工方法，以解决由于页岩气开采用大口径套管口径大，加工时容易出现刀具损耗大、易变形、接头合格率低的问题。该方法包括：外拔或拔荒；加工接箍内螺纹；加工管体外螺纹。本发明提出的技术方案效地克服了页岩气开采用大口径套管接头加工时的刀具损耗大、变形大、接头合格率低等缺点，满足了页岩气开采用大口径套管接头的生产要求，降低了生产成本，提高了加工效率。

Description

页岩气开采用大口径套管接头的加工方法
技术领域
本发明属于套管接头加工技术领域，特别涉及一种页岩气开采用大口径套管接头的加工方法。
背景技术
在页岩气钻探和开采过程中，表层套管是油气井套管程序里最外层的套管。在油气田开发过程中，钻井开孔后钻到表土层以下的基岩或钻达一定深度后，下入表层套管，具体地，表层套管具有以下作用：
(1)隔离上部含水层，不使地面水和表层地下水渗入井筒；
(2)保护井口，加固表土层井段的井壁；
(3)对于钻井时遇到高压油气层的情形，在表层套管上安装防喷器可以预防井喷。
在使用表层套管使需要通过接头螺纹将一支支管子连接起来，因此需要加工套管接头，即将管坯进行接箍内螺纹和管体螺纹加工，达到页岩气开采用大口径套管接头的设计要求。
目前，页岩气开采用大口径套管接头的加工，主要分为接箍加工和管体螺纹加工，包括对接箍管坯采用切断、外拔、内镗、车丝加工等工序，以及对管体外表面进行扒荒、车丝、倒角等工序，当采用传统的加工工艺(包括切削用量、冷切方式和装夹方式)时，由于页岩气开采用大口径套管口径大，加工时容易出现刀具损耗大、变形大、接头合格率低的问题。
发明内容
【要解决的技术问题】
本发明的目的是提供一种页岩气开采用大口径套管接头的加工方法，以解决由于页岩气开采用大口径套管口径大，加工时容易出现刀具损耗大、变形大、接头合格率低的问题。
【技术方案】
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明涉及一种页岩气开采用大口径套管接头的加工方法，该加工方法包括以下步骤：
对页岩气开采用大口径套管接头管坯的表面进行外拔或拔荒，其中吃刀深度为0.4～0.7mm，切削速度为80～100mm/min，进给量为0.6～0.9mm/转；
加工接箍内螺纹：采用五齿成型梳刀以100～130m/min的切削速度进行1～2次粗车，每次粗车的吃刀深度为0.3～0.5mm；然后采用五齿成型梳刀以100～130m/min的切削速度进行两次精车，两次精车的吃刀深度分别为0.3mm和0.2mm，进给量为5.08mm/转；
加工管体外螺纹：采用三齿成型梳刀以90～110m/min的切削速度进行2次粗车，每次粗车的吃刀深度为0.35～0.45mm；然后采用三齿成型梳刀以90～110m/min的切削速度进行两次精车，两次精车的吃刀深度分别为0.35mm和0.25mm，进给量为5.08mm/转；
所述外拔或拔荒、加工接箍内螺纹、加工管体外螺纹的过程中对切削刀具进行冷却。
作为一种优选的实施方式，所述加工接箍内螺纹步骤中，切削速度为115～125m/min，每次粗车的吃刀深度为0.35～0.45mm。
作为另一种优选的实施方式，所述加工管体外螺纹步骤中，切削速度为95～105m/min，每次粗车的吃刀深度为0.38～0.42mm。
作为另一种优选的实施方式，所述外拔或拔荒步骤中，切削速度为85～95mm/min，进给量为0.7～0.8mm/转。
作为另一种优选的实施方式，所述页岩气开采用大口径套管接头管坯通过卡盘夹持，所述卡盘夹持压力为5～8MPa，其中粗加工的夹持压力与精加工的夹持压力不同。
作为另一种优选的实施方式，所述冷却方法通过将冷却液直接喷在切削刀具的刀尖上和切削区域来实现冷却。
【有益效果】
本发明提出的技术方案具有以下有益效果：
本发明提出的加工方法适用于页岩气开采用大口径(18-5/8"、20")套管接头(接箍内螺纹和管体外螺纹)的加工，在切削用量(切削速度、吃刀深度及次数、进给量)、冷却方式和装夹方式上进行改进，有效地克服了页岩气开采用大口径套管接头加工时的刀具损耗大、变形大、接头合格率低等缺点，满足了页岩气开采用大口径套管接头的生产要求，降低了生产成本，提高了加工效率。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的具体实施方式进行清楚、完整的描述。
对于页岩气开采用大口径套管，其套管材料和接头结构具有以下特点：
①屈服强度为379～552MPa，抗拉强度不低于517MPa；
②口径大，外径为18-5/8"(473.08mm)、20"(508.00mm)；
③壁厚薄，壁厚为11.05mm和11.13mm；
④接头螺纹直径公差小，为0～+0.21mm；
⑤接头螺纹尺寸公差小，牙型高度为±0.0254mm，螺距为±0.0762mm，锥度为0.0818～0.0868in/12in。
因此，在大口径管套管螺纹接头加工时，由于外径大、壁厚薄、螺纹尺寸公差小等特点，造成车丝过程中，在切削力作用下，受力不均匀，容易产生变形；同时在加工螺纹表面产生回弹，使螺纹梳刀的后面与已加工表面产生强烈磨损，致使螺纹梳刀(专用刀具)磨损加快，寿命缩短；且易与螺纹梳刀产生亲和作用，导致粘结、扩散，很快磨损。
实施例一
针对上述技术问题，实施例一提供的页岩气开采用大口径套管接头的加工方法包括以下步骤：
(1)外拔或拔荒
该步骤对页岩气开采用大口径套管接头管坯的表面进行外拔或拔荒，其中吃刀深度为0.6mm，切削速度为90mm/min，进给量为0.8mm/转。
(2)加工接箍内螺纹
内螺纹加工条件为：车丝，采用接箍专用数控车床，根据页岩气开采用大口径套管接头的螺纹齿形要求，采用成型梳刀(五齿，粗车螺纹梳刀和精车螺纹梳刀)，并进行特别的物理方式涂层(PVD)，切削速度用120m/min。分2次粗车，每次吃刀深度0.4mm；分2次精车，两次吃刀深度分别为0.3mm和0.2mm。进给量为5.080mm/转(恒定螺距切削)。
(3)加工管体外螺纹
外螺纹加工条件为：车丝，采用管体专用数控车床，根据页岩气开采用大口径套管接头的螺纹齿形要求，采用成型梳刀(三齿，粗车螺纹梳刀和精车螺纹梳刀)，并进行特别的物理方式涂层(PVD)，切削速度为100m/min。分2次粗车，每次吃刀深度为0.4mm；分两次精车，两次吃刀深度分别为0.35mm和0.25mm。进给量为5.080mm/转(恒定螺距切削)。
需要说明，本实施例并不限制加工接箍内螺纹与加工管体外螺纹的先后次序。
另外，对页岩气开采用大口径套管接头管坯进行加工时，大口径套管接头管坯通过卡盘夹持，卡盘夹持压力为5～8MPa，需要说明，粗加工时卡盘的夹持压力与精加工时卡盘的夹持压力不同。与现有技术中采用管子装夹方式不同，本实施例有效地克服管体螺纹的加工变形。
另外，在各个步骤中，还包括在外拔或拔荒、加工接箍内螺纹、加工管体外螺纹的过程中对切削刀具进行冷却。具体的冷却方法为：通过将冷却液直接喷在切削刀具的刀尖上和切削区域来实现冷却，通过调整喷射冷却液的压力和流量，能够有效地对切削工具进行冷却。
实施例二
针对上述技术问题，实施例二提供的页岩气开采用大口径套管接头的加工方法包括以下步骤：
(1)外拔或拔荒
该步骤对页岩气开采用大口径套管接头管坯的表面进行外拔或拔荒，其中吃刀深度为0.7mm，切削速度为100mm/min，进给量为0.9mm/转。
(2)加工接箍内螺纹
内螺纹加工条件为：车丝，采用接箍专用数控车床，根据页岩气开采用大口径套管接头的螺纹齿形要求，采用成型梳刀(五齿，粗车螺纹梳刀和精车螺纹梳刀)，并进行特别的物理方式涂层(PVD)，切削速度为130m/min。进行一次粗车，吃刀深度0.5mm；分两次精车，两次吃刀深度分别为0.3mm和0.2mm。进给量为5.08mm/转(恒定螺距切削)。
(3)加工管体外螺纹
外螺纹加工条件为：车丝，采用管体专用数控车床，根据页岩气开采用大口径套管接头的螺纹齿形要求，采用成型梳刀(三齿，粗车螺纹梳刀和精车螺纹梳刀)，并进行特别的物理方式涂层(PVD)，切削速度为110m/min，分两次粗车，每次吃刀深度为0.45mm；分两次精车，两次吃刀深度分别为0.35mm和0.25mm。进给量为5.08mm/转(恒定螺距切削)。
需要说明，本实施例并不限制加工接箍内螺纹与加工管体外螺纹的先后次序。
另外，对页岩气开采用大口径套管接头管坯进行加工时，大口径套管接头管坯通过卡盘夹持，卡盘夹持压力为5～8MPa，需要说明，粗加工时卡盘的夹持压力与精加工时卡盘的夹持压力不同。与现有技术中采用管子装夹方式不同，本实施例有效地克服管体螺纹的加工变形。
另外，在各个步骤中，还包括在外拔或拔荒、加工接箍内螺纹、加工管体外螺纹的过程中对切削刀具进行冷却。具体的冷却方法为：通过将冷却液直接喷在切削刀具的刀尖上和切削区域来实现冷却，通过调整喷射冷却液的压力和流量，能够有效地对切削工具进行冷却。
实施例三
针对上述技术问题，实施例三提供的页岩气开采用大口径套管接头的加工方法包括以下步骤：
(1)外拔或拔荒
该步骤对页岩气开采用大口径套管接头管坯的表面进行外拔或拔荒，其中吃刀深度为0.4mm，切削速度为80mm/min，进给量为0.6mm/转。
(2)加工接箍内螺纹
内螺纹加工条件为：车丝，采用接箍专用数控车床，根据页岩气开采用大口径套管接头的螺纹齿形要求，采用成型梳刀(五齿，粗车螺纹梳刀和精车螺纹梳刀)，并进行特别的物理方式涂层(PVD)，切削速度用100m/min，分2次粗车，每次吃刀深度0.3mm；分两次精车，两次吃刀深度分别为0.3mm和0.2mm。进给量为5.08mm/转(恒定螺距切削)。
(3)加工管体外螺纹
外螺纹加工条件为：车丝，采用管体专用数控车床，根据页岩气开采用大口径套管接头的螺纹齿形要求，采用成型梳刀(三齿，粗车螺纹梳刀和精车螺纹梳刀)，并进行特别的物理方式涂层(PVD)，切削速度用90m/min，分2次粗车，吃刀深度0.4mm；分两次精车，两次吃刀深度为0.35mm和0.25mm。进给量为5.08mm/转(恒定螺距切削)。
需要说明，本实施例并不限制加工接箍内螺纹与加工管体外螺纹的先后次序。
另外，对页岩气开采用大口径套管接头管坯进行加工时，大口径套管接头管坯通过卡盘夹持，卡盘夹持压力为5～8MPa，需要说明，粗加工时卡盘的夹持压力与精加工时卡盘的夹持压力不同。与现有技术中采用管子装夹方式不同，本实施例有效地克服管体螺纹的加工变形。
另外，在各个步骤中，还包括在外拔或拔荒、加工接箍内螺纹、加工管体外螺纹的过程中对切削刀具进行冷却。具体的冷却方法为：通过将冷却液直接喷在切削刀具的刀尖上和切削区域来实现冷却，通过调整喷射冷却液的压力和流量，能够有效地对切削工具进行冷却。
从以上实施例可以看出，本发明实施例提出的加工方法适用于页岩气开采用大口径(18-5/8"、20")套管接头(接箍内螺纹和管体外螺纹)的加工，在切削用量(切削速度、吃刀深度及次数、进给量)、冷却方式和装夹方式上进行改进，有效地克服了页岩气开采用大口径套管接头加工时的刀具损耗大、变形大、接头合格率低等缺点，满足了页岩气开采用大口径套管接头的生产要求，降低了生产成本，提高了加工效率。
需要说明，上述描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，也不是对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种页岩气开采用大口径套管接头的加工方法，其特征在于包括以下步骤：
对页岩气开采用大口径套管接头管坯的表面进行外拔或拔荒，其中吃刀深度为0.4～0.7mm，切削速度为80～100mm/min，进给量为0.6～0.9mm/转；
加工接箍内螺纹：采用五齿成型梳刀以100～130m/min的切削速度进行1～2次粗车，每次粗车的吃刀深度为0.3～0.5mm；然后采用五齿成型梳刀以100～130m/min的切削速度进行两次精车，两次精车的吃刀深度分别为0.3mm和0.2mm，进给量为5.08mm/转；
加工管体外螺纹：采用三齿成型梳刀以90～110m/min的切削速度进行两次粗车，每次粗车的吃刀深度为0.35～0.45mm；然后采用三齿成型梳刀以90～110m/min的切削速度进行两次精车，两次精车的吃刀深度分别为0.35mm和0.25mm，进给量为5.08mm/转；
所述外拔或拔荒、加工接箍内螺纹、加工管体外螺纹的过程中对切削刀具进行冷却。
2.根据权利要求1所述的页岩气开采用大口径套管接头的加工方法，其特征在于所述加工接箍内螺纹步骤中，切削速度为115～125m/min，每次粗车的吃刀深度为0.35～0.45mm。
3.根据权利要求1所述的页岩气开采用大口径套管接头的加工方法，其特征在于所述加工管体外螺纹步骤中，切削速度为95～105m/min，每次粗车的吃刀深度为0.38～0.42mm。
4.根据权利要求1所述的页岩气开采用大口径套管接头的加工方法，其特征在于所述外拔或拔荒步骤中，切削速度为85～95mm/min，进给量为0.7～0.8mm/转。
5.根据权利要求1所述的页岩气开采用大口径套管接头的加工方法，其特征在于所述页岩气开采用大口径套管接头管坯通过卡盘夹持，所述卡盘夹持压力为5～8MPa，其中粗加工的夹持压力与精加工的夹持压力不同。
6.根据权利要求1所述的页岩气开采用大口径套管接头的加工方法，其特征在于所述冷却方法通过将冷却液直接喷在切削刀具的刀尖上和切削区域来实现冷却。
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