不能超过运输车辆的车箱内开档尺寸,高度应在吊机允许范围内。
整套系统质量不能超过4 103kg (SQ6.3T 型折臂式吊机的额定载荷)。
3.5 离合器冷却水的来源问题本系统所使用的离合器由于是液压离合器,其液压油需要冷却,而冷却水的来源问题在设计中应当注意。
本系统将柴油机的冷却管线加以改造,与离合器的冷却水进出管线相连,很好地解决了离合器的冷却水源问题。
4 现场应用2002 05,该车自在河南油田采油一厂投入使用以来,已累计作业8口油井,运行稳定,设备完好无损,用户反映良好。
最近此酸化管汇车开赴新疆塔里木河南勘探公司投入使用,经受了恶劣工况的考验,该车在新疆已作业2口油井,车况良好、性能稳定,同时省去了很多管汇联接时间,减轻了工人的劳动强度,能够保证作业的连续稳定,降低了作业成本,应当予以推广使用。
参考文献:[1] 华东石油学院矿机教研室.石油钻采机械(下册)[M ].北京:石油工业出版社,1980.348 350.收稿日期:2003 02 22作者简介:孙晓中(1968 ),男,山东济宁人,工程师,现从事石油机械的管理和监督工作。
文章编号:1001 3842(2003)04 0020 03油管螺纹失效分析与预防孙晓中1,王旱祥2(1.胜利油田有限公司现河采油厂,山东东营257000; 2.石油大学(华东),山东东营257061)摘要:分析了油管在使用过程中螺纹发生粘螺纹失效的力学机理,综述了导致螺纹发生粘螺纹的几个最直接的影响因素,在此基础上提出了几点预防措施,供油管生产厂家和使用单位参考。
关键词:油管;螺纹;预防中图分类号:TE931 201 文献标识码:AAnalysis and prevention on screw thread failure of oil pipeSUN Xiao zhong 1,WANG Han xiang 2(1.Xianhe Oil Prodaction Plant,Shen gli Oil field Com p an y ,Dongying 257000,China;2.University of Petr oleum (Huadong),Dongying 257061,China)Abstract:The mechanism of mechanics on scre w thread failure of oil pipe is analyzed.Several direct factors which bring on scre w thread gluing are summarized.Some precautionary opinions are put forward on the base of these analyses,pro viding reference for manufacturers and users.Key words:oil pipe;screw thread;prevention 油管是石油管材中仅次于套管的第2大类产品,各油田每年用量普遍在几十万米到数百万米之间,我国各油田油管使用总量大约为23~25万t,占全国油井管总需求量的1/4[1]。
油管在使用过程中,粘螺纹问题比较突出,可以说各类油管均发生过粘螺纹,而且粘螺纹失效总集中在油管的现场上螺纹端,即便是产品质量完全符合API 标准,也不能保证在使用中不发生粘螺纹现象。
图1为现场取样得到的油管发生粘螺纹失效的宏观形貌。
2003年第32卷 石油矿场机械第4期第20页 OIL FIELD EQU IPMENT 2003,32(4):20~22图1 油管粘螺纹失效的宏观形貌1 力学机理根据ISO13679标准的最新定义,粘螺纹是一种发生在相互接触金属表面之间的冷焊。
分轻度粘螺纹、中度粘螺纹、严重粘螺纹和极其严重粘螺纹,其中前2种经过修复,螺纹几何形状和使用性能不受影响,而后2种造成螺纹表面相对滑动,啮合处齿形被剪切以致于发生螺纹撕裂,无法修复。
1.1 接触应力多数工程技术人员认为,接触应力是引起螺纹粘螺纹的根本原因。
内外螺纹在第1有效螺纹处接触应力最大,局部的最大应力可达到中间齿面应力的4倍,而且在上卸螺纹过程中,这一位置的齿面最容易粘螺纹[2],直接说明了接触应力是造成粘螺纹的主要机理之一。
从螺纹联接有限元分析可知[2],在轴向推力上螺纹时,螺纹大端承载面上最大接触应力作用在齿侧上部与齿顶圆弧相切的位置,随后齿面接触应力的分布逐渐减小,而且在同一齿面上,上部接触应力高出中下部1倍左右,说明齿面上切点处容易粘螺纹。
在导向面上,齿面底部靠近圆弧切点处应力值高,齿面中部应力值低,上部略高于中间齿面。
螺纹小端齿面上,导向面接触应力明显高于承载面,而且最大接触应力点位置在齿面下侧切点处,齿面上部应力高于中间,但低于下切点齿面应力,在承载面上正好相反。
说明,内外螺纹啮合在齿面的上下切点部位容易产生变形及粘螺纹现象。
1.2 扭矩作用油管螺纹拧接扭矩通常采用Lame计算式[3]M=2 R2Lp c,(1)式中,M为上螺纹扭矩,N m;R为螺纹啮合处的公称节圆半径,m; 为摩擦系数;L为螺纹轴向啮合长度,m,p c为接触压力,Pa。
根据式(1),在上螺纹过程中的齿面接触压力直接受上螺纹扭矩的影响,在几何尺寸相同的情况下,上螺纹扭矩愈大,齿面接触压力就愈高。
因此,上螺纹扭矩及过盈量是引起螺纹干涉,发生粘螺纹又一主要机理。
1.3 几何约束过盈过盈又称几何约束,带来的应力集中和主应力分布呈梯度变化,首先在螺纹啮合起始处表现的异常突出。
螺纹拧紧后,几何约束使危险截面的螺纹齿面承载面与导向面上接触应力分布及最大值都发生了改变。
特别在内外螺纹的第一有效螺纹配合齿面上,应力分布明显改变。
说明,接箍过盈带来的几何约束决定了齿面接触应力和等效应力应变的大小、方向及分布规律。
上述3方面互相影响、共同作用,在上螺纹过程中同时对齿面粘螺纹产生影响。
其中,接触应力是引起粘螺纹的核心要素,上螺纹扭矩是引起粘螺纹的主要外力因素;过盈量几何约束则是通过改变螺纹啮合起始螺纹位置的应力集中及主应力分布来影响粘螺纹倾向。
因此可以说,粘螺纹是由于螺纹上螺纹过程中齿面局部接触应力过大造成的,这种接触应力是上螺纹扭矩与几何约束过盈带来的。
2 直接失效原因2.1 生产加工有时在同样的操作条件下,选择进口油管不易粘螺纹,选择国产油管容易发生粘螺纹的现象,这可能与各生产厂家油管内、外螺纹中径配合控制有关。
当油管内外螺纹加工中径选择负!负配合,外螺纹的长度短即大帽子戴小脑袋,上螺纹时在较小的扭矩下螺纹易上至平螺纹,不易发生粘螺纹现象。
当油管内外螺纹加工中径选择正!正配合,外螺纹的长度取上限即小帽子戴大脑袋,上螺纹时在规定扭矩下往往有余螺纹,按照API RP5C1标准在规定扭矩作用下上螺纹,余三螺纹以内就为合格[4],而现场操作时有时又不允许有余螺纹,故必然在过扭矩条件下上至平螺纹,产生过啮现象,这是引起油管粘螺纹的直接原因之一。
另外,随着修复油管使用的增加,其螺纹加工时的公差不十分合理,而且有时螺纹的起始螺纹上存在毛刺,也会造成油管螺纹的粘螺纹。
2.2 上卸螺纹操作自从90年代初,使用油管液压钳对提高作业效率,减轻工人劳动强度确实起到了一定的作用,而且行业标准SY/T5074 91对石油修井用动力管钳各项指标进行了严格限制,但由于油管钳本身结构和操21孙晓中,等:油管螺纹失效分析与预防作上的缺陷,使粘螺纹失效事故的发生更加突出。
a) 上螺纹速度的影响 规范的操作应为用高速档将油管预拧至手紧位置,然后换低速档将油管上紧至规定扭矩。
但有时现场操作工人为提高下油管速度,直接用高速档上紧。
速度高达90r/min,远超过API RP5C1和GB/T17745 1999推荐的上螺纹速度25r/min[4],致使螺纹的啮合状态恶化,内外螺纹在旋合过程中产生大量热量,短时内难以散发,从而使啮合面温度急剧升高,致使材料强度降低,最终导致粘螺纹。
b) 过扭矩的影响 引起液压钳过扭矩操作因素是多方面的,首先现场使用动力源不同,油泵排量和输出压力明显不同,使液压钳在实际操作中扭矩难以控制,易造成过扭矩现象;其次,国产液压钳上安装压力表满量程为25MPa,刻度划分太粗,有时压力表指针开始启动就达到甚至超过油管的初始上螺纹扭矩,稍有不慎就会造成过扭矩现象,这显然在实际操作中不十分合理。
c) 夹紧力的影响 液压动力钳利用背钳夹紧接箍,实现上下螺纹作业。
钳口夹紧力较大,易造成接箍变形,同时上螺纹过程中由于外夹紧力的约束,使接箍很难外胀弹性变形,导致上螺纹至规定扭矩时外露螺纹较多,必须施加更大扭矩才能使螺纹旋合到位,所以齿面接触应力远超过规定扭矩的应力状态,容易导致油管粘螺纹现象的发生。
d) 对中性的影响 液压钳的悬吊点通常距井口约15m以上,在自由悬吊状态下钳头中心距井口约0.5m,这就意味着油管垂吊距井口最大偏斜0.5m。
在起下油管的操作中,出现斜拉操作的现象,易引起错螺纹。
一旦发生错螺纹,因液压钳操作扭矩大,有时也不易发觉。
2.3 螺纹脂API圆螺纹的密封性主要依靠密封脂填补公母螺纹之间间隙来获得。
因此,API圆螺纹联接必须使用符合API B UL5A2的螺纹密封脂。
螺纹密封脂的存在改变了螺纹的接触表面状态,改善了上螺纹过程中螺纹接触面应力状态,能够有效地防止螺纹的粘结。
可是,在油田现场修井作业过程中有时出现不涂抹螺纹脂的情况,即内外螺纹在啮合中处于干摩擦状态,必然导致螺纹旋合时摩擦系数增大,要达到无外露螺纹必须施加更大的扭矩。
而螺纹在上螺纹过程中的齿面接触压力直接受到上螺纹扭矩的影响,上螺纹扭矩愈大,齿面接触压力愈高,螺纹粘螺纹的倾向愈大。
3 结论和建议1) 分析认为,螺纹接头起始螺纹接触应力是引起粘螺纹的主要原因,因此如何改进内外螺纹起始螺纹形状,使之在旋合过程中齿面的接触应力分布趋于合理是进行抗粘螺纹研究的主要内容。
2) 上螺纹扭矩越大,油管反复上卸螺纹的能力越低,越容易引起粘螺纹。
在实际操作中,建议选择扭矩要符合GB/T17745-1999标准推荐的扭矩范围。
3) 改进现有液压钳的操作方式。
对液压钳的上螺纹速度和上卸扭矩进行控制,尽可能的满足API RP5C1和GB/T17745-1999标准规定。
改进卡紧方式,尽可能减小接箍的变形,提高上螺纹过程中的对中性。
建议有关部门重新制定石油修井用动力钳的相应标准和具体的操作规范。
4) 正确合理使用螺纹脂。
要注意不使用质量不合格或被稀释过的或拌有防修油和含有杂质的螺纹脂,更不能不涂抹螺纹脂便直接上螺纹。
5) 尽量避免在装卸和运输中对螺纹的损伤。
参考文献:[1] 李欣,张毅,张汝忻.我国油井管需求量、生产能力及价格综合分析[J].钢管,2000,29(1):10 15.[2] 王治国,张毅.API圆螺纹接头上扣与拉伸过程的有限元应力分析[J].钢管,2001,30(3):20 26.[3] 张毅,王长安,韩勇.API8牙圆螺纹公差与上扣扭矩的试验选择[J].焊管,1997,20(4):18 25.[4] 姜冠戎,杨果,万战翔,等.石油工业常用国家标准汇编[M].北京:中国标准出版社,2000:819 854.更 正本刊2003年No.3文章∀防温压力表接头#的作者及地址更正如下:∀李蛟真,李文星,李献考,管 珂,孔延庆#,∀河南濮阳457071#。
