CN114320189A - 一种螺纹管接头的拧接控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种螺纹管接头的拧接控制方法,所述螺纹管接头包括公端管体和母端接箍,在公端管体和母端接箍的拧接过程中:当拧接进程处于螺纹段时,控制拧接速度为第一速度V1,并且所述第一速度V1为恒定速度;当拧接进程处于密封面段时,控制拧接速度为第二速度V2,并且所述第二速度V2为逐渐减小的变速度;当拧接进程处于台肩段时,控制拧接速度为第三速度V3,并且所述第三速度V3为逐渐减小的变速度;其中第二速度V2小于第一速度V1,第三速度V3小于第二速度V2,所述第三速度V3最终减小为0。

Description

一种螺纹管接头的拧接控制方法
技术领域
本发明涉及一种拧接控制方法,尤其涉及一种接头的拧接控制方法。
背景技术
油套管是石油开采工程中的专用管材,在钻井结束后套管支撑井壁,油管则将原油和天然气输送到地表,最终完成油气开采。这个过程中油管和油管之间以及套管与套管之间需要通过螺纹管接头实现连接。
据相关标准规定,油井管与接箍拧接完成后,必须达到有效拧紧和密封,如图1,图1示意性地显示了油井管和接箍的拧接配合图,A、C均表示油井管;B表示接箍;D表示外螺纹;E表示内螺纹。
在油井管中,大多数的特殊扣产品为了满足密封性能,都会在螺纹端部提供一个金属对金属的密封。在拧接时,当两个密封面接触后,拧接扭矩会突然上升,可称之为拐点。而目前大多数特殊扣螺纹拧接的判定依据是两条:第一条和API标准螺纹相同,要判断其最终的终止扭矩是否在合格范围之内;第二条就是拐点扭矩是否在合格范围之内。
油井管的实际拧接过程是一个不稳定状态,钢管和接箍的螺纹质量,如螺纹椭圆度、公母头的同轴度、螺纹表面状态、螺纹脂质量及涂抹情况,拧接速度等多种因素都会造成拧接曲线的较大波动。即使工况类似的同一批钢管和接箍进行拧接,拧接曲线都会产生较大差异,尤其是密封面段拧接曲线的波动会严重影响曲线上的拐点识别,影响拧接合格判定的准确性,也会导致合格率降低。
基于此,为了解决上述问题,本发明期望获得一种特殊的拧接控制方法,该拧接控制方法可以有效消除上述因素的影响,保证密封面拧接阶段曲线上的拐点特征明显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种螺纹管接头的拧接控制方法,该拧接控制方法不同于现有技术中以恒定主轴速度拧接的方法。本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法通过调整拧接进程中的速度,在确保不影响拧接质量的同时,节省拧接时间,且可以保证密封面拧接阶段曲线上的拐点特征明显。
为了实现上述目的,本发明提出了一种螺纹管接头的拧接控制方法,所述螺纹管接头包括公端管体和母端接箍,在公端管体和母端接箍的拧接过程中:
当拧接进程处于螺纹段时,控制拧接速度为第一速度V1,并且所述第一速度V1为恒定速度;
当拧接进程处于密封面段时,控制拧接速度为第二速度V2,并且所述第二速度V2为逐渐减小的变速度;
当拧接进程处于台肩段时,控制拧接速度为第三速度V3,并且所述第三速度V3为逐渐减小的变速度;
其中第二速度V2小于第一速度V1,第三速度V3小于第二速度V2,所述第三速度V3最终减小为0。
在本发明所述的技术方案中,本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法是:在拧接进程处于螺纹段时使用恒定速度(相对于第二速度是属于高速),这样的设计可以在不影响拧接质量的同时,节省拧接时间。相应地,在拧接进程处于密封面段和/或台肩段时,本发明采用了变速算法,其速度逐渐降低,这样的设计可以有效避免过高的拧接速度对密封面和/或台肩带来冲击,从而使拧接曲线更平顺。
进一步地,在本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法中,所述第一速度V1为4-6转/分钟。
进一步地,在本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法中,所述第二速度V2按照线性逐渐减小。
进一步地,在本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法中,所述第三速度V3按照线性逐渐减小。
进一步地,在本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法中,所述第三速度V3=K3×V1,其中K3=(Nb-Ns)/Nb,其中Nb表示已知的最佳扭矩,Ns表示拧接过程中的实时变化的实测扭矩。
进一步地,在本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法中,所述第二速度V2=K2×V1,其中K2=(0.8~0.9)K3。
进一步地,在本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法中,当实时变化的实测扭矩Ns大于减速扭矩Nj时,开始从第一速度V1变为第二速度V2,其中减速扭矩Nj为最佳扭矩的10~20%。
进一步地,在本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法中,采用采集模块采集实测扭矩Ns。
本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法与现有技术相比,具有如下有益效果:
不同于现有技术中以恒定主轴速度拧接的方法,本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法在拧接进程处于螺纹段时使用恒定速度(高速),这样的设计可以在不影响拧接质量的同时,节省拧接时间。
相应地,在拧接进程处于密封面段时,本发明采用了变速算法,其速度逐渐降低,这样的设计可以有效避免过高的拧接速度对密封面带来冲击,从而使拧接曲线更平顺。此外,在拧接进程处于台肩段时,本发明同样也采用了变速算法,使其速度逐渐降低,这一设计也可以避免过高的拧接速度对台肩带来冲击,进而使拧接曲线更平顺。
在一些优选的实施方式中,本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法可以通过各阶段实际扭矩来计算拧接速度给定,即管拧主轴的速度给定更能适应密封面段和台肩段这两个阶段的扭矩变化特性,拧接更平顺,管拧曲线更优。
附图说明
图1示意性地显示了油井管和接箍的拧接配合图。
图2示意性地显示了本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法在一种实施方式下的变速控制图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法做进一步的解释和说明,然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
本发明提出了一种螺纹管接头的拧接控制方法,该拧接控制方法不同于以往的管拧主轴速度恒定,其按照一定的算法,根据实际扭矩计算并实时调整管拧主轴的速度给定。
在本发明中,螺纹管接头包括公端管体和母端接箍,在公端管体和母端接箍的拧接过程中,拧接进程可以分别经过三个阶段,即螺纹段、密封面段和台肩段,其中:
当拧接进程处于螺纹段时,控制拧接速度为第一速度V1,并且所述第一速度V1为恒定速度;
当拧接进程处于密封面段时,控制拧接速度为第二速度V2,并且所述第二速度V2为逐渐减小的变速度;
当拧接进程处于台肩段时,控制拧接速度为第三速度V3,并且所述第三速度V3为逐渐减小的变速度;
其中第二速度V2小于第一速度V1,第三速度V3小于第二速度V2,所述第三速度V3最终减小为0。
需要说明的是,在某些实施方式中,本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法中的第一速度V1可以优选的控制为4-6转/分钟,该速度可以根据产品规格和扣型特点进行调整。
此外,在某些实施方式中,本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法中的第二速度V2可以按照线性逐渐减小。相应地,在某些实施方式中,本发明所述拧接控制方法中的第三速度V3也可以按照线性逐渐减小。
为了更好地说明本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法的应用情况,利用下述图2所示实施方式作为具体实施例,以进行进一步说明。
图2示意性地显示了本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法在一种实施方式下的变速控制图。
如图2所示,在本实施方式中,标号1表示拧接进程处于螺纹段时的高速段,标号2表示拧接进程处于密封面段时的低速段,标号3表示拧接进程处于台肩段时的低速段,标号6表示拧接进程处于螺纹段时的实际扭矩Ns,标号7表示拧接进程处于密封面段时的实际扭矩Ns,标号8表示拧接进程处于台肩段时的实际扭矩Ns,P1表示起点,P2表示密封面拐点(减速扭矩Nj),P3表示台肩拐点,P4表示拧紧点。
需要说明的是,在图2中,标号1、标号2和标号3对应的曲线线段表示的是圈数-速度的变化曲线;标号6、标号7和标号8对应的曲线线段表示的是圈数-扭矩的变化曲线。
继续参阅图2可知,在本实施方式中,图2中P1P2段为螺纹段,P2P3段为密封面段,P3P4段为台肩段。其中,本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法在P1P2的螺纹段具有拧接扭矩小的特点,其以高速V1(相对于第二速度是属于高速)进行拧接,从而缩短拧接时间。在本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法在P2P3的密封面段过程中,由于拧接扭矩的逐步增加,该阶段以低速变速度第二速度V2进行拧接。相应地,本发明在P3P4的台肩段中,由于拧接扭矩急剧陡升,需要进一步减速以变速度第三速度V3进行拧接。
由此可见,在本实施方式中,从P2P3段开始,P2P3段和P3P4段是速度逐渐下降的过程,直至P3P4段(即台肩段)的速度为0,此时扭矩到达最佳扭矩,拧接过程也恰好停止。
需要说明的是,在本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法中,在本实施方式中,螺纹段控制恒定第一速度V1=5转/分钟。
在本实施方式中,在螺纹管接头拧接过程中,拧接进程处于密封面段P2P3和台肩段P3P4,开始减速。密封面段P2P3的第二速度V2和台肩段P3P4的第三速度V3均为逐渐减小的变速度。
其中,第三速度V3可以采用下述公式(1)求得:
V3= K3 ×V1 (1)
上式中,V1表示第一速度,K3=(Nb-Ns)/Nb,其中Nb表示已知的最佳扭矩,Ns表示拧接过程中的实时变化的实测扭矩。
相应地,密封面段P2P3的第二速度V2可以采用下述公式(2)求得:
V2= K2×V1 (2)
上式中,K2=(0.8~0.9)K3。
在本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法中,螺纹段P1P2和密封面段P2P3的交接点P2是最为理想的从高速切换到低速的减速点。需要说明的是,在本实施方式中,检测到当实时变化的实测扭矩Ns大于减速扭矩Nj时,开始控制拧接速度从第一速度V1变为第二速度V2。
由此可见,在本实施方式中,针对拧接过程中扭矩数据的采集十分重要。因此,在本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法中,为了得到准确可靠的扭矩数据,可以采用采集模块采集实测扭矩Ns。
在本发明所述图2所示的实施方式中,控制管拧的变速过程可以具体包括如下步骤:
步骤(1):使用高速高精度采集模块采集扭矩信号,以得到高分辨率的扭矩值。且扭矩采集频率为20ms/点,使采集密度足够高。
步骤(2):使用高分辨率模拟量输出模块输出电压模拟信号作为管拧主轴速度给定信号,输出到主轴传动或比例阀。
步骤(3):以实际扭矩值为输入,速度给定值为输出,在软件中按照上述公式的斜率法算法,结合各种边界条件,从输入计算输出,从而实际控制管拧的变速过程。
综上所述可以看出,不同于现有技术中以恒定主轴速度拧接的方法,本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法在拧接进程处于螺纹段时使用恒定速度(相对于第二速度是属于高速),这样的设计可以在不影响拧接质量的同时,节省拧接时间。相应地,在拧接进程处于密封面段和/或台肩段时,本发明采用了变速算法,其速度逐渐降低,这样的设计可以有效避免过高的拧接速度对密封面和/或台肩带来冲击,从而使拧接曲线更平顺。
在一些优选的实施方式中,本发明所述的螺纹管接头的拧接控制方法可以通过各阶段实际扭矩来计算拧接速度给定,即管拧主轴的速度给定更能适应密封面段和台肩段这两个阶段的扭矩变化特性,拧接更平顺,管拧曲线更优。
需要说明的是,本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式,本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合,除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是,以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例,随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的,均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种螺纹管接头的拧接控制方法,所述螺纹管接头包括公端管体和母端接箍,其特征在于,在公端管体和母端接箍的拧接过程中:
当拧接进程处于螺纹段时,控制拧接速度为第一速度V1,并且所述第一速度V1为恒定速度;
当拧接进程处于密封面段时,控制拧接速度为第二速度V2,并且所述第二速度V2为逐渐减小的变速度;
当拧接进程处于台肩段时,控制拧接速度为第三速度V3,并且所述第三速度V3为逐渐减小的变速度;
其中第二速度V2小于第一速度V1,第三速度V3小于第二速度V2,所述第三速度V3最终减小为0。
2.如权利要求1所述的螺纹管接头的拧接控制方法,其特征在于,所述第一速度V1为4-6转/分钟。
3.如权利要求1所述的螺纹管接头的拧接控制方法,其特征在于,所述第二速度V2按照线性逐渐减小。
4.如权利要求1所述的螺纹管接头的拧接控制方法,其特征在于,所述第三速度V3按照线性逐渐减小。
5.如权利要求4所述的螺纹管接头的拧接控制方法,其特征在于,所述第三速度V3=K3×V1,其中K3=(Nb-Ns)/Nb,其中Nb表示已知的最佳扭矩,Ns表示拧接过程中的实时变化的实测扭矩。
6.如权利要求5所述的螺纹管接头的拧接控制方法,其特征在于,所述第二速度V2=K2×V1,其中K2=(0.8~0.9)K3。
7.如权利要求1所述的螺纹管接头的拧接控制方法,其特征在于,当实时变化的实测扭矩Ns大于减速扭矩Nj时,开始从第一速度V1变为第二速度V2,其中减速扭矩Nj为最佳扭矩的10~20%。
8.如权利要求5-7中任意一项所述的螺纹管接头的拧接控制方法,其特征在于,采用采集模块采集实测扭矩Ns。
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