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螺紋扣型的種類和特點

發布時間:2011-10-15 來源:揚子工具集團 瀏覽次數:19840

1. 內平型螺紋
該型鉆具接頭螺紋連接外加厚或內外加厚鉆桿,形成鉆桿接頭內徑、管體加厚內徑與管體內徑相等或近似的通徑。所有規格螺紋均采用V-0.065平頂平底三角形牙型,這種牙型為平牙底,牙頂較寬度為0.065英寸(1.651mm)。除51/2IF外,其它規格螺紋的因結構尺寸與相應的數字型螺紋完全相同,故具有互換性。該型螺紋因其牙型結構易導致應力集中,API已將其淘汰,其中包括41/2IF和4IF,它們就是曾經在我油田被大量使用的410、411和4A10、4A11

2. 貫眼型螺紋
該型鉆桿接頭螺紋連接內外加厚鉆桿,形成鉆桿接頭內徑和加厚端內徑相等,而均小于鉆桿管體內徑的通徑。該型螺紋的規格雖然為數不多,但卻使用了V-0.065、V-0.050(牙底為圓弧,牙頂寬度為0.050英寸,1.27mm)和V-0.040(牙底為圓弧,牙頂寬度為0.040英寸,1.02mm)三種牙型,曾經被廣泛用于水龍頭、方鉆桿、鉆桿、鉆鋌和鉆頭,F在除51/2FH和65/8FH兩種使用V-0.050牙型、1:6錐度的大規格螺紋外,其余均在API淘汰螺紋之列。
3. 正規型螺紋
該型鉆桿接頭螺紋曾用于連接內加厚鉆桿,形成鉆桿接頭內徑小于加厚內徑,而鉆桿加厚端內徑又小于管體內徑的通徑。API設計正規型螺紋的主要目的是將其應用于鉆頭連接,由于鉆頭位于鉆柱末端,在這里螺紋牙底的應力集中現象的存在與否無關緊要,因而API把它們所有規格全數保留下來。
4. 數字型螺紋
這是以螺紋基面中徑的英寸和十分之一英寸的數字值表示的螺紋。所有規格螺紋采用V-0.038R平頂圓底三角形牙型,這種牙型的特點是圓形牙底半徑為0.038英寸(0.965mm),其牙型見圖1。數字型螺紋是API推薦優先使用的螺紋,該型螺紋還有1:6和1:4兩種型式,應用于方鉆桿、鉆桿、鉆鋌、鉆具穩定器等鉆井工具,在大慶油田NC50螺紋還用在鉆頭上。
螺紋型式V-0.038R指的是螺紋牙底圓弧半徑0.038in(0.965mm)的V型螺紋,即數字型螺紋。V-0.040、V-0.050、V-0.065、V-0.055中各自的數字代表V型螺紋牙頂寬度的英寸數。這四種螺紋的牙底形狀完全不同,V-0.040的螺紋牙底圓弧半徑為0.020in(0.51mm),V-0.050的螺紋牙底圓弧半徑為0.025in(0.635mm),V-0.065和V-0.055的螺紋牙底是平面。
使用現場對已磨損的螺紋可以使用牙型規檢查螺紋牙的磨損情況,其剩余牙頂寬度不低于原牙頂寬度的1/2,剩余牙頂高不低于原牙頂高的2/3,磨損牙數不超過3.5牙時,螺紋仍可繼續使用,否則應進行修扣處理。
使用現場對螺紋進行識別最有效的方法是使用接頭尺,這種尺是一種有專門標記了外螺紋根部直徑和內螺紋擴錐孔直徑的游標卡尺,使用簡便、直觀、準確。此外,還可以直接使用長腳游標卡尺結合鋼直尺測量外螺紋根部外徑、長度、內螺紋擴錐孔徑對照螺紋規范查詢。
螺紋豎直放置,從正面看螺旋線上升方向可判別螺紋旋向,向右上升為右旋,向左上升為左旋
鉆具螺紋的三位數表示法是冶金工業部標準SYB12604-63中規定接頭的代號,第一位數字表示接頭的通稱尺寸,第二位數字表示接頭的類型,第三位數字表示接頭的內外螺紋,具體表示方法用下表說明:
第一位數字    第二位數字    第三位數字
通稱尺寸    接頭類型    內外螺紋
3    4    5    6    1    2    3    0    1
31/2    41/2    51/16    65/8    內平    貫眼    正規    內螺紋    外螺紋
6. 鉆具接頭螺紋主要失效形式
經過多年的生產實踐,鉆桿接頭螺紋主要失效形式如下幾種。
1)粘扣和脹扣:發生在有較高的軸向壓力情況下,外螺紋強制進入內螺紋,引起內螺紋脹開或粘扣而造成聯接失效;上緊扭矩過高或井下產生過高扭矩時,也會因脹扣或粘扣而失效。
2)螺牙剪切失效:螺牙剪切失效也往往發生在最末完全扣處,螺紋錐度越大、螺紋越短越易出現剪切失效。
3)斷裂:因為在最末完全扣處應力最大,斷裂往往發生在螺紋最末完全扣。
4)滑扣:當螺紋錐度較大時,上緊圈數未達到適當圈數而扭矩就已達到推薦值,此時承受軸向拉力作用,易發生脫扣;當螺紋間隙充填物不合理時也有這種可能性。
5)倒扣:較小的上緊扭矩可能導致螺紋不能承擔施加的軸向載荷和井下扭矩,從而造成倒扣失效,可能造成部分鉆柱掉入井內,甚至還會造成井眼報廢。
6)刺扣和密封失效:鉆柱的扭轉振動造成鉆柱旋轉速度時快時慢,當鉆柱突然加速旋轉時,扭矩可能突然增加,因鉆柱與井壁、外螺紋與內螺紋間的交互作用使得在接頭處產生很高的熱量,從而螺紋脂從螺紋間隙流出,可能造成密封失效,同時高壓流體沿著螺紋間隙從管內流出,引起刺扣;軸向拉力也會降低密封能力;上緊扭矩過小,過低的螺紋過盈量也導致較低的密封能力;鉆柱的橫向振動使鉆柱承受交變的彎曲應力同樣會造成密封失效;加工誤差,不合理的公差配合也是一個重要的原因。
螺紋連接強度和密封性是油套管兩個主要技術指標。API圓螺紋及偏梯型螺紋不適合如稠油熱采、超深井、重腐蝕進等較苛刻條件下使用,原因是與其結構、螺紋輪廓有關的密封、強度問題。圓螺紋只能承受相當于管體強度的60%~80%的拉伸負載,偏梯螺紋接頭雖然有較高的連接強度,但在較高內壓下密封性能很差。此兩種螺紋一般借助于在合適的載體中含鉛、鋅、銅、石墨和硅油等組成物的螺紋脂來實現密封,這種形式密封一般只能在60~95ºC以下溫度工作。
因此API標準螺紋接頭的密封主要通過螺紋脂、金屬鍍層和螺紋過盈嚙合等方法實現。API圓螺紋牙根到牙頂間隙為0.152mm;偏梯螺紋最大間隙在導向側整個牙高范圍內,193.7mm以下規格套管牙頂間隙為0.178mm,219.1mm及以上規格套管則大至0.229mm。API標準螺紋接頭的密封一是靠螺紋脂填堵該間隙并使內壓力在公平嚙合螺紋長度內(通常為3~5螺紋牙長度)的間隙兩端產生一定壓力降,從而實現密封作用。其二是靠螺紋牙側面過盈嚙合,形成若干個不確定的金屬對金屬接觸密封(密封位置、接觸壓力受螺紋尺寸、鍍層、螺紋脂影響),從而達到密封作用。在靜水壓試驗中圓螺紋和偏梯螺紋接頭的密封性能隨著管子尺寸、鋼級變化而變化,管徑越大、壁厚越厚、鋼級越高,臨界密封壓力與管體內屈服壓力之比越低,密封性能越差。而API圓螺紋除密封性能差外其抗拉強度也較低。API圓螺紋在正常條件下,接頭的抗拉強度僅為管體強度的80%。在外壓及軸向拉伸等雙軸應力作用下,遇到較大彎曲或沖擊載荷時易發生滑脫。主要原因是接頭螺紋上載荷分布不均及牙形半角為30度,半角的正切值遠高于牙側面復合螺紋脂或鍍膜層的摩擦系數,使抗滑脫阻力小于外力分量造成滑脫現象發生。
VAM特殊螺紋沿用API偏梯形螺紋牙型,因而繼承API偏梯形螺紋較高連接強度的優點,為了克服其密封性能欠佳的不足,改進了螺紋結構密封形式,以錐面對錐面、反角15°臺肩雙重金屬接觸形式提高連接的密封性能,但螺紋各牙之間載荷分布不均的問題它沒有解決。
FOX特殊螺紋由日本川崎公司于1985年研制成功,同樣采用API偏梯形螺紋牙型,其外觀圖見圖16。引入變螺距概念具體化,主要目的是使螺紋牙載荷分布趨于均勻。
常規螺紋螺距連接在近密封部位的少數螺紋牙承擔的載荷近七成以上,而其它螺紋牙所起作用很小,載荷分布極不均勻,這導致少數高承載牙易變形、磨損,進而連接早期失效。
FOX
特殊螺紋的變螺距技術是在螺紋加工過程中,增加或降低硬質合金刀具軸向往復移動的速度,因而大大改善了金屬對金屬密封的儲能分布,并且保證了在極端載荷與溫度條件下的耐壓密封。變螺距技術的一種具體做法是:增加接近接箍端面這段的螺紋螺距,減少接近接箍臺肩這段的螺紋螺距,而管子外螺紋螺距不變。另一種做法是:減少接近接箍臺肩這段的螺紋螺距以及外螺紋消失區的螺紋螺距。在正確組裝情況下,只有中間部位的管子螺紋和接箍螺紋牙側面相接觸,這里接頭兩構件的螺紋螺紋螺距是相同的。中間部位以外的任一側,接頭兩構件的螺紋牙側面之間存在一些很小間隙,這些間隙逐漸向兩側擴大。在對接頭施加扭矩產生預載荷時,管子外螺紋端承受軸向壓力,在螺紋中間部位及管端之間存在的螺紋牙側面間隙逐漸閉合,直到螺紋牙側面(包括中間部位的)最后對預載荷起反作用為止。在施加拉伸載荷時,螺紋中間部位及接箍外端面之間存在的螺紋牙側面間隙也逐漸閉合,直到螺紋牙側面(包括中間部位的)最后對拉伸載荷起反作用為止。由于螺紋中間部位傳遞絕大部分的拉伸載荷,峰值載荷比普通螺紋的載荷要低,從而減少接箍向外脹大和螺紋脫扣的危險。再者,螺紋軸向載荷分布得以改善,減少了局部應力集中現象,從而獲得較高的疲勞抗力。
通常特殊螺紋接頭采用的密封結構設計包括一個尖銳的轉角,以產生密封作用。然而,這種密封設計在尖銳的相交處易受高度應力集中破壞。用于FOX接頭的密封倒圓輪廓是由外螺紋端帶光滑曲線輪廓與接箍相對應的密封輪廓表面相嚙合構成的。這種輪廓基于現代數控加工設備是很容易實現的。
VAM TOP 的幾個特點:
1
、新一代20º金屬對金屬密封
2
、反扭短臺肩
3
、改進的-3度承載面設計
4
、零尾扣,長內臺肩

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