螺纹扣型的种类和特点

发布时间:2011-10-15 来源:扬子工具集团 浏览次数:16382

1. 内平型螺纹
该型钻具接头螺纹连接外加厚或内外加厚钻杆,形成钻杆接头内径、管体加厚内径与管体内径相等或近似的通径。所有规格螺纹均采用V-0.065平顶平底三角形牙型,这种牙型为平牙底,牙顶较宽度为0.065英寸(1.651mm)。除51/2IF外,其它规格螺纹的因结构尺寸与相应的数字型螺纹完全相同,故具有互换性。该型螺纹因其牙型结构易导致应力集中,API已将其淘汰,其中包括41/2IF和4IF,它们就是曾经在我油田被大量使用的410、411和4A10、4A11

2. 贯眼型螺纹
该型钻杆接头螺纹连接内外加厚钻杆,形成钻杆接头内径和加厚端内径相等,而均小于钻杆管体内径的通径。该型螺纹的规格虽然为数不多,但却使用了V-0.065、V-0.050(牙底为圆弧,牙顶宽度为0.050英寸,1.27mm)和V-0.040(牙底为圆弧,牙顶宽度为0.040英寸,1.02mm)三种牙型,曾经被广泛用于水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤和钻头。现在除51/2FH和65/8FH两种使用V-0.050牙型、1:6锥度的大规格螺纹外,其余均在API淘汰螺纹之列。
3. 正规型螺纹
该型钻杆接头螺纹曾用于连接内加厚钻杆,形成钻杆接头内径小于加厚内径,而钻杆加厚端内径又小于管体内径的通径。API设计正规型螺纹的主要目的是将其应用于钻头连接,由于钻头位于钻柱末端,在这里螺纹牙底的应力集中现象的存在与否无关紧要,因而API把它们所有规格全数保留下来。
4. 数字型螺纹
这是以螺纹基面中径的英寸和十分之一英寸的数字值表示的螺纹。所有规格螺纹采用V-0.038R平顶圆底三角形牙型,这种牙型的特点是圆形牙底半径为0.038英寸(0.965mm),其牙型见图1。数字型螺纹是API推荐优先使用的螺纹,该型螺纹还有1:6和1:4两种型式,应用于方钻杆、钻杆、钻铤、钻具稳定器等钻井工具,在大庆油田NC50螺纹还用在钻头上。
螺纹型式V-0.038R指的是螺纹牙底圆弧半径0.038in(0.965mm)的V型螺纹,即数字型螺纹。V-0.040、V-0.050、V-0.065、V-0.055中各自的数字代表V型螺纹牙顶宽度的英寸数。这四种螺纹的牙底形状完全不同,V-0.040的螺纹牙底圆弧半径为0.020in(0.51mm),V-0.050的螺纹牙底圆弧半径为0.025in(0.635mm),V-0.065和V-0.055的螺纹牙底是平面。
使用现场对已磨损的螺纹可以使用牙型规检查螺纹牙的磨损情况,其剩余牙顶宽度不低于原牙顶宽度的1/2,剩余牙顶高不低于原牙顶高的2/3,磨损牙数不超过3.5牙时,螺纹仍可继续使用,否则应进行修扣处理。
使用现场对螺纹进行识别最有效的方法是使用接头尺,这种尺是一种有专门标记了外螺纹根部直径和内螺纹扩锥孔直径的游标卡尺,使用简便、直观、准确。此外,还可以直接使用长脚游标卡尺结合钢直尺测量外螺纹根部外径、长度、内螺纹扩锥孔径对照螺纹规范查询。
螺纹竖直放置,从正面看螺旋线上升方向可判别螺纹旋向,向右上升为右旋,向左上升为左旋
钻具螺纹的三位数表示法是冶金工业部标准SYB12604-63中规定接头的代号,第一位数字表示接头的通称尺寸,第二位数字表示接头的类型,第三位数字表示接头的内外螺纹,具体表示方法用下表说明:
第一位数字    第二位数字    第三位数字
通称尺寸    接头类型    内外螺纹
3    4    5    6    1    2    3    0    1
31/2    41/2    51/16    65/8    内平    贯眼    正规    内螺纹    外螺纹
6. 钻具接头螺纹主要失效形式
经过多年的生产实践,钻杆接头螺纹主要失效形式如下几种。
1)粘扣和胀扣:发生在有较高的轴向压力情况下,外螺纹强制进入内螺纹,引起内螺纹胀开或粘扣而造成联接失效;上紧扭矩过高或井下产生过高扭矩时,也会因胀扣或粘扣而失效。
2)螺牙剪切失效:螺牙剪切失效也往往发生在最末完全扣处,螺纹锥度越大、螺纹越短越易出现剪切失效。
3)断裂:因为在最末完全扣处应力最大,断裂往往发生在螺纹最末完全扣。
4)滑扣:当螺纹锥度较大时,上紧圈数未达到适当圈数而扭矩就已达到推荐值,此时承受轴向拉力作用,易发生脱扣;当螺纹间隙充填物不合理时也有这种可能性。
5)倒扣:较小的上紧扭矩可能导致螺纹不能承担施加的轴向载荷和井下扭矩,从而造成倒扣失效,可能造成部分钻柱掉入井内,甚至还会造成井眼报废。
6)刺扣和密封失效:钻柱的扭转振动造成钻柱旋转速度时快时慢,当钻柱突然加速旋转时,扭矩可能突然增加,因钻柱与井壁、外螺纹与内螺纹间的交互作用使得在接头处产生很高的热量,从而螺纹脂从螺纹间隙流出,可能造成密封失效,同时高压流体沿着螺纹间隙从管内流出,引起刺扣;轴向拉力也会降低密封能力;上紧扭矩过小,过低的螺纹过盈量也导致较低的密封能力;钻柱的横向振动使钻柱承受交变的弯曲应力同样会造成密封失效;加工误差,不合理的公差配合也是一个重要的原因。
螺纹连接强度和密封性是油套管两个主要技术指标。API圆螺纹及偏梯型螺纹不适合如稠油热采、超深井、重腐蚀进等较苛刻条件下使用,原因是与其结构、螺纹轮廓有关的密封、强度问题。圆螺纹只能承受相当于管体强度的60%~80%的拉伸负载,偏梯螺纹接头虽然有较高的连接强度,但在较高内压下密封性能很差。此两种螺纹一般借助于在合适的载体中含铅、锌、铜、石墨和硅油等组成物的螺纹脂来实现密封,这种形式密封一般只能在60~95ºC以下温度工作。
因此API标准螺纹接头的密封主要通过螺纹脂、金属镀层和螺纹过盈啮合等方法实现。API圆螺纹牙根到牙顶间隙为0.152mm;偏梯螺纹最大间隙在导向侧整个牙高范围内,193.7mm以下规格套管牙顶间隙为0.178mm,219.1mm及以上规格套管则大至0.229mm。API标准螺纹接头的密封一是靠螺纹脂填堵该间隙并使内压力在公平啮合螺纹长度内(通常为3~5螺纹牙长度)的间隙两端产生一定压力降,从而实现密封作用。其二是靠螺纹牙侧面过盈啮合,形成若干个不确定的金属对金属接触密封(密封位置、接触压力受螺纹尺寸、镀层、螺纹脂影响),从而达到密封作用。在静水压试验中圆螺纹和偏梯螺纹接头的密封性能随着管子尺寸、钢级变化而变化,管径越大、壁厚越厚、钢级越高,临界密封压力与管体内屈服压力之比越低,密封性能越差。而API圆螺纹除密封性能差外其抗拉强度也较低。API圆螺纹在正常条件下,接头的抗拉强度仅为管体强度的80%。在外压及轴向拉伸等双轴应力作用下,遇到较大弯曲或冲击载荷时易发生滑脱。主要原因是接头螺纹上载荷分布不均及牙形半角为30度,半角的正切值远高于牙侧面复合螺纹脂或镀膜层的摩擦系数,使抗滑脱阻力小于外力分量造成滑脱现象发生。
VAM特殊螺纹沿用API偏梯形螺纹牙型,因而继承API偏梯形螺纹较高连接强度的优点,为了克服其密封性能欠佳的不足,改进了螺纹结构密封形式,以锥面对锥面、反角15°台肩双重金属接触形式提高连接的密封性能,但螺纹各牙之间载荷分布不均的问题它没有解决。
FOX特殊螺纹由日本川崎公司于1985年研制成功,同样采用API偏梯形螺纹牙型,其外观图见图16。引入变螺距概念具体化,主要目的是使螺纹牙载荷分布趋于均匀。
常规螺纹螺距连接在近密封部位的少数螺纹牙承担的载荷近七成以上,而其它螺纹牙所起作用很小,载荷分布极不均匀,这导致少数高承载牙易变形、磨损,进而连接早期失效。
FOX
特殊螺纹的变螺距技术是在螺纹加工过程中,增加或降低硬质合金刀具轴向往复移动的速度,因而大大改善了金属对金属密封的储能分布,并且保证了在极端载荷与温度条件下的耐压密封。变螺距技术的一种具体做法是:增加接近接箍端面这段的螺纹螺距,减少接近接箍台肩这段的螺纹螺距,而管子外螺纹螺距不变。另一种做法是:减少接近接箍台肩这段的螺纹螺距以及外螺纹消失区的螺纹螺距。在正确组装情况下,只有中间部位的管子螺纹和接箍螺纹牙侧面相接触,这里接头两构件的螺纹螺纹螺距是相同的。中间部位以外的任一侧,接头两构件的螺纹牙侧面之间存在一些很小间隙,这些间隙逐渐向两侧扩大。在对接头施加扭矩产生预载荷时,管子外螺纹端承受轴向压力,在螺纹中间部位及管端之间存在的螺纹牙侧面间隙逐渐闭合,直到螺纹牙侧面(包括中间部位的)最后对预载荷起反作用为止。在施加拉伸载荷时,螺纹中间部位及接箍外端面之间存在的螺纹牙侧面间隙也逐渐闭合,直到螺纹牙侧面(包括中间部位的)最后对拉伸载荷起反作用为止。由于螺纹中间部位传递绝大部分的拉伸载荷,峰值载荷比普通螺纹的载荷要低,从而减少接箍向外胀大和螺纹脱扣的危险。再者,螺纹轴向载荷分布得以改善,减少了局部应力集中现象,从而获得较高的疲劳抗力。
通常特殊螺纹接头采用的密封结构设计包括一个尖锐的转角,以产生密封作用。然而,这种密封设计在尖锐的相交处易受高度应力集中破坏。用于FOX接头的密封倒圆轮廓是由外螺纹端带光滑曲线轮廓与接箍相对应的密封轮廓表面相啮合构成的。这种轮廓基于现代数控加工设备是很容易实现的。
VAM TOP 的几个特点:
1
、新一代20º金属对金属密封
2
、反扭短台肩
3
、改进的-3度承载面设计
4
、零尾扣,长内台肩

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