套管滑套外管的加工

□ 刘永恒 □ 吴永胜 □ 韩让平 □ 马卫平

1.长庆油田公司 机械制造总厂 西安 710201

2.长庆石油勘探局 教育培训中心 西安 710021

3.延长石油股份公司 井下作业工程部 陕西延安 716001

套管滑套分段压裂是将套管滑套与套管连接在一起并一次下入井内，实施常规固井，再通过下入开关工具或投入蹩压球或飞镖，逐级将各层滑套打开，进行逐层压裂，是对地层造缝的一种新技术。该技术中所用井下工具就是套管滑套，在套管滑套工具中，外管是该工具的关键零件之一。图1所示为国内某制造厂生产的套管滑套外管，笔者结合该外管的结构特点及该厂的加工设备状况，给出了外管的机械加工工艺。

1 套管滑套外管的功用

外管两端通过螺纹连接上、下接头，上、下接头与φ139.7 mm（5.5″,1″=25.4 mm）套管连接。 在 φ120 mm孔内装有滑套，滑套外径与该孔通过橡胶密封圈密封。在外管壁上有8个宽12 mm、长度为128 mm的槽，通过投入钢球座封于滑套一端的锥孔中，再憋压剪断外管与滑套之间的定位销钉，促使滑套移动，从而打开滑套，8个长140 mm槽与地层连通，实施压裂。

▲图1 外管

2 套管滑套外管的结构

套管滑套外管长度为1 000 mm，最大外径为175 mm，内孔120 mm为深孔，长径比为8.3，该孔的加工属于深孔加工，且与两端螺纹M135×3 mm有较高的同轴度和较低的表面粗糙度要求。

3 套管滑套外管加工工艺

外管加工工艺过程如下。

（1）下料。采用圆钢，材料42CrMo，尺寸φ185 mm×1 010 mm；

（2）平端面，打一端中心孔。由于圆钢尺寸较大，质量较重，故安排在镗床上加工。找正圆钢轴线，平一端端面余量切除2 mm，划线找端面中心，钻中心孔。

（3）车外圆、端面、钻孔。 ① 在CW6163车床上，用三爪卡盘夹持一端，另一端用顶尖顶住，即“一夹一顶”装夹方式，车外径185 mm至183 mm，表面粗糙度Ra=1.6 μm；② 调头，用三爪卡盘夹持，中心架支承工件，在外圆表面上打表找正，径向跳动量不大于0.05 mm，车端面、外圆，保证总长度1 004 mm；③ 钻孔、车孔。由于现有钻头最大直径为60 mm，采用该钻头接加长杆钻孔；④ 钻孔时、反复进退钻头以利于钻孔排屑、冷却，钻头用皂化液冷却，钻孔深度200～300 mm，退出钻头。再用车刀车孔，反复进退车刀以利于排屑和冷却。

钻孔、车孔反复交替进行，将一端孔径加工至114 mm，深度540 mm。调头，钻、车另一端孔，直到孔连通。

需要说明的是，钻孔、车孔时，主轴（或工件）转速不宜高于240 r/min,以免中心架支承爪磨损过快。钻孔进给量f=0.2～0.6 mm/r，车孔时，进给量随着孔深的增加逐渐减小，进给量在0.2～1.02 mm/r之间选择。

（4）调质处理。套管滑套在压裂过程中要承受硬质含砂颗粒等的高速冲击，造成外管表面磨损、冲蚀磨损等。因此，调质硬度不应过低，也不应过高，否则不利于切削加工，选择调质硬度为 280～320 HB。

（5）车外圆。采用“一夹一顶”的装夹方式，车外圆183 mm至181 mm。

（6）镗孔。在T619镗床上进行镗孔，所用镗杆如图2所示。

镗杆尺寸d的确定：

d＝（0.6～0.8）D （1）式中：d为镗杆直径，mm；D为镗孔直径，mm。

方刀孔b×b与d、D之间的关系为：

（1～1.5）b＝（D－d）/2 （2）

数值代入式（1）可得：

d＝（0.6～0.8）×120 mm＝（72～96） mm

选取 d＝80mm，代入式（2）得到 b＝（20～30） mm，取b＝20 mm。

镗孔分为粗镗和精镗两次加工,所用刀具为硬质合金刀具。

粗镗切削用量：进给量 f＝0.1～0.3 mm/r；切削深度ap=0.1～0.5 mm；切削速度 v=15～18 m/min。

精镗切削用量：进给量 f＝0.04～0.08 mm/r；切削深度 ap=0.1～0.3 mm；切削速度 v=16～20 m/min。

镗杆长度的确定，根据工件长度、镗床平旋盘到后立柱轴承之间的距离，取镗杆长度为1 700 mm。

镗杆上有4个方孔，其中两个用来装夹刀具，两个用来测量镗孔尺寸。镗杆上还加工有螺旋槽，用来润滑，减小镗杆与支撑套之间的摩擦。

精镗孔后保证孔径120+0.10+0.05mm，表面粗糙度Ra=1.6～3.2 μm。

两端面用镗刀削平，保证长度1 000±0.5 mm，表面粗糙度 Ra=3.2～6.3 μm。

▲图2 镗杆

（7）车两端止口台阶、螺纹。在CW6163车床上，一端用三爪卡盘装夹，另一端用中心架支承，打表找正，外圆和端面跳动控制在0.02 mm以内，车一端止口台阶及螺纹。

用同样的方法车另一端的止口台阶及螺纹。

（8）车外径。采用“两头顶”装夹方式，即卡盘端用梅花顶尖顶住，另一端用活顶尖顶住，车外径至图纸要求尺寸。

（9）划线、钻M12螺纹底孔，加工M12螺纹及钻8-φ12 mm孔（铣8个宽12 mm槽用）。

（10）铣8个宽12 mm的长槽，按钳工划线、钻孔找正加工。该工序在T53立式铣床上进行，采用刀具直径为12 mm的高速钢立铣刀。

（11）清除毛刺。

通过以上工序，即可完成外管的加工。

4 加工过程中出现的问题

在加工过程中，出现以两端螺纹M135×3 mm为基准 （可将基准选为两端φ137 mm的止口台阶孔，便于找正，实际找正也是这样），φ120+0.10+0.05mm内孔与基准A、B轴线的同轴度超差，进而造成上、下接头安装困难，甚至上、下接头无法安装。为此，考虑在车床上加工两端止口台阶、螺纹时，必须打表找正，使外圆和端面跳动控制在0.02 mm以内，这样就能保证两端M135×3 mm螺纹与φ120 mm内孔的同轴度要求。

5 结论及建议

用上述工艺加工的外管4件，通过测量，其尺寸公差和形位公差以及表面粗糙度均在图纸要求范围之内。由于设备限制，钻孔、车孔效率较低，建议在批量生产时，生产厂家购买一台深孔钻镗床，用来粗加工深孔，以提高加工效率。

［1］ 孟少农.机械加工工艺手册［M］.北京：机械工业出版社，1991.