CN105598647A - 页岩气开采用气层套管接头的加工方法 - Google Patents

页岩气开采用气层套管接头的加工方法 Download PDF

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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气层套管接头的加工方法，以解决岩气开采用气层套管接头加工时容易出现刀具损耗大、变形大、接头合格率低的问题。该方法包括：加工接箍内螺纹、加工内密封面、加工管体外螺纹、加工外密封面。本发明提出的技术方案有效地克服了页岩气开采用气层套管接头加工时的刀具损耗大、接头合格率低等缺点，满足了页岩气开采用气层套管接头的生产，降低了生产成本，提高了加工效率。

Description

页岩气开采用气层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气层套管接头的加工方法。
背景技术
目前，在页岩气钻探和开采领域，水平井钻完井和水力压裂技术是其关键技术，而水平井钻完井和水力压裂技术对页岩气套管要求很苛刻，在具体使用时，要求气层套管能承受各种弯曲、拉伸、压缩和内压复合载荷，而且还要其质量能够维持一定的开采年限。
在使用气层套管时需要通过接头螺纹将一支支管子连接起来，形成数千米的管柱，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，达到页岩气开采用气层套管接头的设计要求。
页岩气开采用气层套管接头的加工工艺包括对接箍管坯采用切断、外拔、内镗、车丝、密封面加工等工序，以及对管体外表面进行扒荒、车丝、内镗、密封面加工等工序，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，由于页岩气开采用气层套管接头的材料特性与普通钢管有很大不同，同时气层套管接头对接头的螺纹尺寸公差要求较严格，因此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气层套管接头的加工方法，以解决由于页岩气开采用气层套管接头的材料特性与普通钢管有很大不同，同时气层套管接头对接头的螺纹尺寸公差要求较严格，因此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气层套管接头的加工方法，包括以下步骤：
加工接箍内螺纹：采用两齿成型梳刀以100～120m/min的切削速度进行6～8次粗车，每次粗车的吃刀深度为0.15～0.18mm；然后采用两齿成型梳刀以100～120m/min的切削速度进行两次精车，两次精车的吃刀深度分别为0.12mm和0.18mm，进给量为5.08mm/转；
加工内密封面：包括粗加工和精加工各一次，采用菱形刀具，切削速度为90～100m/min，粗加工的车削余量为0.32～0.54mm、进给量为0.36～0.46mm/转，精加工的车削余量为0.22～0.26mm、进给量为0.06～0.07mm/转；
加工管体外螺纹：采用两齿成型梳刀以100～110m/min的切削速度进行一次粗车，粗车的吃刀深度为0.65～0.85mm；然后采用两齿成型梳刀以100～110m/min的切削速度进行两次精车，两次精车的吃刀深度分别为0.25mm和0.35mm，进给量为5.08mm/转；
加工外密封面：包括粗加工和精加工各一次，采用成型刀，切削速度为90～100m/min，粗加工的车削余量为0.32～0.48mm、进给量为0.56～0.66mm/转，精加工的车削余量为0.22～0.28mm、进给量为0.075～0.085mm/转；
所述加工接箍内螺纹、加工内密封面、加工管体外螺纹、加工外密封面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108～115m/min，每次粗车的吃刀深度为0.16～0.17mm。
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103～107m/min，每次粗车的吃刀深度为0.7～0.8mm。
作为另一种优选的实施方式，所述加工内密封面步骤中，切削速度为94～98m/min，粗加工的车削余量为0.4～0.5mm、进给量为0.4～0.43mm/转，精加工的车削余量为0.23～0.25mm、进给量为0.065～0.068mm/转。
作为另一种优选的实施方式，所述加工外密封面步骤中，切削速度为93～95mm/min，粗加工的车削余量为0.38～0.44mm、进给量为0.58～0.64mm/转，精加工的车削余量为0.24～0.26mm、进给量为0.078～0.083mm/转。
作为另一种优选的实施方式，所述页岩气开采用气层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：
本发明提供的加工方法适用于页岩气开采用气层套管接头(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气层套管接头加工时的刀具损耗大、接头合格率低等缺点，满足了页岩气开采用气层套管接头的生产，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。
对于页岩气开采用气层套管，其接头材料和套管接头具有以下特点：
(1)接头材料强度高，达到125ksi，屈服强度在862～1034MPa，抗拉强度不低于931MPa；
(2)页岩气开采用气层套管接头口径小，为5-1/2"(139.70mm)；
(3)页岩气开采用气层套管接头螺纹尺寸公差小：①螺纹中径公差为±0.025mm，②密封面直径公差为±0.038mm，③螺纹牙型高度公差±0.025mm，④螺纹螺距公差为±0.025mm，⑤螺纹锥度公差为0.061～0.066in/1in。
由于以上特点，在加工页岩气开采用气层套管接头时，容易造成车丝过程散热差，致使螺纹梳刀(专用刀具)磨损加快，寿命缩短；同时，在切削力作用下，产生变形，使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，导致粘结、扩散，很快磨损，刀具损坏，进而导致接头合格率低。
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气层套管接头的加工方法包括以下步骤：
(1)接箍内螺纹及其密封面加工
接箍内螺纹加工条件为：车丝，采用接箍专用数控车床，根据页岩气开采用气层套管接头的螺纹齿形要求，采用成型梳刀(两齿，粗车时采用粗车螺纹梳刀，精车时采用精车螺纹梳刀)，并进行特别的物理方式涂层(PVD)，切削速度为110m/min。分7次粗车，每次吃刀深度0.16mm；分两次精车，两次吃刀深度为0.12mm和0.18mm。进给量为5.08mm/转(恒定螺距切削)。
接箍内螺纹加工完成后对其密封面进行加工，具体加工条件为：包括粗加工和精加工各一次，采用菱形刀具，切削速度为95m/min，粗加工的车削余量为0.4mm、进给量为0.4mm/转，精加工的车削余量为0.24mm、进给量为0.065mm/转。
(2)管体外螺纹及其密封面加工
管体外螺纹加工条件为：车丝，采用管体专用数控车床，根据页岩气开采用气层套管接头的螺纹齿形要求，采用成型梳刀(两齿，粗车时采用粗车螺纹梳刀，精车时采用精车螺纹梳刀)，并进行特别的物理方式涂层(PVD)，切削速度为105m/min，分1次粗车，吃刀深度0.75mm；分两次精车，两次吃刀深度分别为0.25mm和0.35mm。进给量为5.08mm/转(恒定螺距切削)。
管体外螺纹加工完成后对其密封面进行加工，具体加工条件为：包括粗加工和精加工各一次，采用成型刀，切削速度为95m/min，粗加工的车削余量为0.4mm、进给量为0.6mm/转，精加工的车削余量为0.25mm、进给量为0.08mm/转。
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，对页岩气开采用气层套管接头管坯进行加工时，气层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，还包括在加工接箍内螺纹及其密封面、加工管体外螺纹及其密封面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
实施例一提供的页岩气开采用气层套管接头的加工方法包括以下步骤：
(1)接箍内螺纹及其密封面加工
接箍内螺纹加工条件为：车丝，采用接箍专用数控车床，根据页岩气开采用气层套管接头的螺纹齿形要求，采用成型梳刀(两齿，粗车时采用粗车螺纹梳刀，精车时采用精车螺纹梳刀)，并进行特别的物理方式涂层(PVD)，切削速度为120m/min。分8次粗车，每次吃刀深度0.18mm；分两次精车，两次吃刀深度为0.12mm和0.18mm。进给量为5.08mm/转(恒定螺距切削)。
接箍内螺纹加工完成后对其密封面进行加工，具体加工条件为：包括粗加工和精加工各一次，采用菱形刀具，切削速度为100m/min，粗加工的车削余量为0.54mm、进给量为0.46mm/转，精加工的车削余量为0.26mm、进给量为0.07mm/转。
(2)管体外螺纹及其密封面加工
管体外螺纹加工条件为：车丝，采用管体专用数控车床，根据页岩气开采用气层套管接头的螺纹齿形要求，采用成型梳刀(两齿，粗车时采用粗车螺纹梳刀，精车时采用精车螺纹梳刀)，并进行特别的物理方式涂层(PVD)，切削速度为110m/min，分1次粗车，吃刀深度0.85mm；分两次精车，两次吃刀深度分别为0.25mm和0.35mm。进给量为5.08mm/转(恒定螺距切削)。
管体外螺纹加工完成后对其密封面进行加工，具体加工条件为：包括粗加工和精加工各一次，采用成型刀，切削速度为100m/min，粗加工的车削余量为0.48mm、进给量为0.66mm/转，精加工的车削余量为0.28mm、进给量为0.085mm/转。
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，对页岩气开采用气层套管接头管坯进行加工时，气层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，还包括在加工接箍内螺纹及其密封面、加工管体外螺纹及其密封面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
实施例一提供的页岩气开采用气层套管接头的加工方法包括以下步骤：
(1)接箍内螺纹及其密封面加工
接箍内螺纹加工条件为：车丝，采用接箍专用数控车床，根据页岩气开采用气层套管接头的螺纹齿形要求，采用成型梳刀(两齿，粗车时采用粗车螺纹梳刀，精车时采用精车螺纹梳刀)，并进行特别的物理方式涂层(PVD)，切削速度为105m/min。分6次粗车，每次吃刀深度0.15mm；分两次精车，两次吃刀深度为0.12mm和0.18mm。进给量为5.08mm/转(恒定螺距切削)。
接箍内螺纹加工完成后对其密封面进行加工，具体加工条件为：包括粗加工和精加工各一次，采用菱形刀具，切削速度为90m/min，粗加工的车削余量为0.35mm、进给量为0.38mm/转，精加工的车削余量为0.23mm、进给量为0.062mm/转。
(2)管体外螺纹及其密封面加工
管体外螺纹加工条件为：车丝，采用管体专用数控车床，根据页岩气开采用气层套管接头的螺纹齿形要求，采用成型梳刀(两齿，粗车时采用粗车螺纹梳刀，精车时采用精车螺纹梳刀)，并进行特别的物理方式涂层(PVD)，切削速度为102m/min，分1次粗车，吃刀深度0.68mm；分两次精车，两次吃刀深度分别为0.25mm和0.35mm。进给量为5.08mm/转(恒定螺距切削)。
管体外螺纹加工完成后对其密封面进行加工，具体加工条件为：包括粗加工和精加工各一次，采用成型刀，切削速度为92m/min，粗加工的车削余量为0.35mm、进给量为0.58mm/转，精加工的车削余量为0.22mm、进给量为0.078mm/转。
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，对页岩气开采用气层套管接头管坯进行加工时，气层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，还包括在加工接箍内螺纹及其密封面、加工管体外螺纹及其密封面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，本发明实施例提供的加工方法适用于页岩气开采用气层套管接头(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气层套管接头加工时的刀具损耗大、接头合格率低等缺点，满足了页岩气开采用气层套管接头的生产，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 (7)

1.一种页岩气开采用气层套管接头的加工方法，其特征在于包括以下步骤：
加工接箍内螺纹：采用两齿成型梳刀以100～120m/min的切削速度进行6～8次粗车，每次粗车的吃刀深度为0.15～0.18mm；然后采用两齿成型梳刀以100～120m/min的切削速度进行两次精车，两次精车的吃刀深度分别为0.12mm和0.18mm，进给量为5.08mm/转；
加工内密封面：包括粗加工和精加工各一次，采用菱形刀具，切削速度为90～100m/min，粗加工的车削余量为0.32～0.54mm、进给量为0.36～0.46mm/转，精加工的车削余量为0.22～0.26mm、进给量为0.06～0.07mm/转；
加工管体外螺纹：采用两齿成型梳刀以100～110m/min的切削速度进行一次粗车，粗车的吃刀深度为0.65～0.85mm；然后采用两齿成型梳刀以100～110m/min的切削速度进行两次精车，两次精车的吃刀深度分别为0.25mm和0.35mm，进给量为5.08mm/转；
加工外密封面：包括粗加工和精加工各一次，采用成型刀，切削速度为90～100m/min，粗加工的车削余量为0.32～0.48mm、进给量为0.56～0.66mm/转，精加工的车削余量为0.22～0.28mm、进给量为0.075～0.085mm/转；
所述加工接箍内螺纹、加工内密封面、加工管体外螺纹、加工外密封面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气层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108～115m/min，每次粗车的吃刀深度为0.16～0.17mm。
3.根据权利要求1所述的页岩气开采用气层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103～107m/min，每次粗车的吃刀深度为0.7～0.8mm。
4.根据权利要求1所述的页岩气开采用气层套管接头的加工方法，其特征在于所述加工内密封面步骤中，切削速度为94～98m/min，粗加工的车削余量为0.4～0.5mm、进给量为0.4～0.43mm/转，精加工的车削余量为0.23～0.25mm、进给量为0.065～0.068mm/转。
5.根据权利要求1所述的页岩气开采用气层套管接头的加工方法，其特征在于所述加工外密封面步骤中，切削速度为93～95mm/min，粗加工的车削余量为0.38～0.44mm、进给量为0.58～0.64mm/转，精加工的车削余量为0.24～0.26mm、进给量为0.078～0.083mm/转。
6.根据权利要求1所述的页岩气开采用气层套管接头的加工方法，其特征在于所述页岩气开采用气层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。
7.根据权利要求1所述的页岩气开采用气层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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