玻璃钢管体缠绕角度对玻璃钢螺纹抗拉强度的影响研究

周松林

摘 要：本文通过大量的试验研究了玻璃钢管体缠绕角度对玻璃钢螺纹抗拉强度的影响规律，以便在实际生产中对玻璃钢油管进行结构优化，提高其玻璃钢管的丝扣的抗拉强度，从而能满足井下油管高压、高载荷的使用工况，提高玻璃钢管道下井时的使用安全性，最终研究发现玻璃钢管体的缠绕角度越小，在此管体上制作的螺纹抗拉强度越高。

關键词：缠绕角度;玻璃钢螺纹;螺纹抗拉强度

0 引言

随着石油被不断的开采，钢管道的腐蚀问题日益突出，每年给世界油田与国民经济造成的损失达亿万美元。而高压玻璃钢管具有很好的耐腐蚀性，能有效抵抗上述因素引起的腐蚀，高压玻璃钢管是由高树脂含量的防渗层、纤维缠绕加强层及外表面层组成，其主要原材料是环氧树脂和玻璃纤维，能有效抵抗酸、碱、盐等腐蚀介质的侵蚀，将玻璃钢油管应用于油水井能够解决油管腐蚀问题，但是普通玻璃钢管道通常其轴向抗拉性能较差，特别是玻璃钢螺纹连接处最容易成为薄弱点，例如螺纹尺寸为2 3/8寸的普通玻璃钢管道螺纹的抗拉载荷只有约100kN，远低于井下使用要求，通过实际生产中的经验，影响玻璃钢螺纹抗拉强度因素主要包括螺纹齿形、螺纹长度、以及螺纹制作材料配方、螺纹粘接面的粗糙度等，以上影响因素已有研究人员进行了分析，在此不再赘述，但在我司实际生产过程中发现玻璃钢管管体缠绕时的缠绕角度也会影响到最终制作的玻璃钢螺纹的抗拉强度，对此设计生产不同缠绕角度的玻璃钢管道，并采用同样的工艺条件和螺纹参数来在管体上制作相同的螺纹，然后通过螺纹拉伸试验数据来找出玻璃钢管体缠绕角度对玻璃钢螺纹抗拉强度的影响规律。

1 试验设计

设计参数：分别用30°、50°、70°缠绕角度在同一台缠绕机上采用相同的原材料缠绕一批内径为49.5mm、壁厚为8mm的DN50玻璃钢管道，然后采用同一批玻璃钢螺纹胶泥通过同样的工艺方法分别制作同规格尺寸（2 3/8英寸）的玻璃钢螺纹，最后对制作好的玻璃钢螺纹在力学试验机上进行拉伸试验，试验编号如表1所示：

2 试验材料及方法

试验中所用主要原料、试验设备及其型号、产地如表2所示。

3 试验结果

按照纤维缠绕的工艺，共生产9组带螺纹的玻璃钢管样品，然后在拉伸试验机上来测试玻璃钢螺纹的抗拉强度。

试验标准：ASTM D2105增强热固性树脂管轴向拉伸性能的试验方法。

试验设备：综合力学试验机。

试验过程：将制得的带螺纹的管道清洗干燥后，将试样螺纹上紧到试验工装内，校准试样的轴线及均匀的将试验固定到一定角度以防止在测试过程中滑动，然后加载拉伸，加载速度为0.508至0.635cm/min记录失效拉力值，试验结果见表3：

4 结论

从我们试验结果来看，在30°角缠绕的玻璃钢管体上制作的玻璃钢螺纹抗拉强度最高，在70°角缠绕的玻璃钢管体上制作的玻璃钢螺纹抗拉强度最低，因此可以看出玻璃钢管体的缠绕角度越小，在此管体上制作的螺纹抗拉强度越高，产生这一现象的原因主要是缠绕角度越小，纤维强度主要分布到玻璃钢管的轴向方向，从而玻璃钢管体具有更好的抗拉强度和抗变形能力，这样在此管体上制作的玻璃钢螺纹就具有更高的粘接强度，更不容易拉脱，从而增大了玻璃钢螺纹的抗拉强度。

因此对于井下玻璃钢管道，为了提高螺纹的抗拉强度，除了增加长度等方式加强螺纹本身强度之外，还要通过加入小角度螺旋角缠绕的方式来增加玻璃钢本体的抗轴向变形能力。

参考文献：

[1]陈宏章，孙雨虹.中、高压玻璃钢管在中国油田中的应用[J].纤维复合材料，2000（03）：34-37.

[2]童斌.玻璃钢油管在油水井应用技术研究[D].青岛：中国石油大学，2011.

[3]颜朝勇，何兴军，杨秀强.煤层气输气管道设计造价优化方案对比[J].城市建设理论研究（电子版），2013（29）.

[4]车遥，黄文辉，刘大锰，等.中国煤层气资源开发的关键性问题及前景[J].石油天然气学报，2006，28（01）：29-31.