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摘要：通过分析玻璃钢井下管螺纹受力情况，对如何增强螺纹连接拉伸强度进行分析，采用增加螺纹啮合长度的方式提高拉伸强度，用实验验证了增强的效果，使玻璃钢井下管达到在分层注水领域所需的拉伸强度要求。
关键字：玻璃钢井下管、圆螺纹、连接强度、啮合长度
【分类号】：TE931.2
1、前言
高压玻璃钢井下管因其自身高强度、防腐蚀等优良性能，在油田中水井的应用方向日渐明确。近年来各油田普及了分层注水技术，在提高了综合利用率的同时也对管柱整体的拉伸强度提出了更高的要求。同防腐蚀油管一样，螺纹接头是井下管连接的薄弱环节，因此，对如何提高井下管螺纹强度的研究已刻不容缓。
2、玻璃钢圆螺纹特性认识
2.1、玻璃钢圆螺纹材质
高压玻璃钢井下管是以环氧树脂为基体，玻璃纤维为增强材料，通过湿法缠绕工艺而制成，具有耐腐蚀、强度高等优点。
2.2、圆螺纹连接特点
圆螺纹连接通过侧牙30°斜面承载，工作时产生径向分力，由于承载面的相对滑动趋势降低了整体连接强度。实践证明，圆螺纹连接强度只有管体的60—75%。
连接密封性是靠扭紧扣之后的扣间干涉及螺纹密封膏的堵塞作用实现，相比特殊扣螺纹连接，其密封能力有限，但优于偏梯形螺纹结构。
2.3、内、外螺纹啮合结构
高压玻璃钢井下管圆螺纹牙型角60°，且牙底半径为0.43mm±0.04mm，牙顶半径为0.51mm±0.04mm。由此在内外螺纹啮合之后会在各自的螺纹底部形成微小的间隙，该部分填充了螺纹密封膏，起到了辅助密封的作用。
3、螺纹连接受力分析[1]
3.1、螺纹受力分解
外螺纹由于拉伸力而引起破坏时，其拉伸破坏载荷W=As·σ；
式中，σ为外螺纹材料的抗拉强度（kg/mm2）；As为有效截面积（mm2）；
As取外螺纹中部的有效直径dp和牙底直径dr的平均值作为计算圆面积：
As=π/4[（dp+dr）/2]2；
代入实际数值，可得As=4475mm2，以300KN拉伸破坏载荷计算螺纹抗拉强度σ=6.7 kg/mm2
由于承载面产生相对滑动趋势而使管箍（内螺纹）外涨，管体（外螺纹）内缩，使内螺纹紧紧贴着管箍分解承载力，从而提高了承载能力；相反的，由于管体内缩，外螺纹会逐渐脱离管体而向外承载受力，因此降低了承载能力。但从实际的脱断试样来看，外螺纹粘接面会拔拽纤维表层脱落，可见粘接面的强度更加薄弱，所以对于螺纹配合结构中的三个区域的受力，能够推断出它们的综合强度关系为内螺纹强度>外螺纹强度>外螺纹粘接强度。
从整体上看，螺纹受力呈现两端大中间小的马鞍式形态，而且有螺纹大端的承载力>螺纹小端的承载力>螺纹中部的承载力，这也与实际脱断情况相吻合。
需要指出的是，因玻璃钢材质固有的特性，对承载力的应变响应较慢，且延展性较差，难以分段匹配承载力，所以还是将总承载力集中在外螺纹大端偏前的位置，有相对最优的效果。
4、螺纹连接强度分析
根据螺纹受力分析可以看出，提高螺纹连接强度，从以下三个方面分析：
4.1、增加螺纹啮合长度
通过增加啮合螺纹的扣数，减小每一扣螺纹所平均分担的承载力，由此在每扣螺纹受力的情况下，能够有效的提高连接整体的承载能力。
4.2、均衡螺纹接触压力[3]
通过控制内、外螺纹尺寸公差，调整配合过盈量改善螺纹牙上载荷分布不均的现象。金属材质通常会用到此类方法，但玻璃钢材料是靠分子键结合的高分子，由于分子键弱，弹性模量低，应力对应变的响应也较慢，不能产生较大的屈服延展，因而在啮合时必须将螺纹两侧的密封面同时接触压紧，即能达到该结构下最佳的受力效果。在螺纹检验项目中，螺纹中径和螺纹间距相对来说影响更大[2]，需重点控制。
4.3、螺纹材质和表面处理
现用螺纹胶泥的主要填料为陶瓷粉填料，环氧树脂固化后在体系中含有活性极大的环氧基、羧基等极性基团，因此对金属、陶瓷混凝土等极性基材有优良的附着力，另外用偶联剂对粘接表面进行处理，利用形成的化学键力 稳固粘接效果。
5、连接强度增强试验
5.1、试验方法与目标
按照上述分析的方面，选择最直接有效的方法——增加螺纹啮合长度，目标让螺纹拉伸强度达到400KN（现用标准长度螺纹平均拉伸强度260KN）
5.2、试验数据分析
按照SY/T6267-2006标准要求，试验数据：
表1 加长螺纹连接强度
从表1中可以看到，随着螺纹长度的增加，螺纹啮合长度增加，接头的拉伸力也明显增加，螺纹长度增加112.5mm时，拉伸强度达到402KN。可见，随着螺纹长度的加长，拉伸强度近似线性增加。
5.3、试验结论
通过加长啮合螺纹长度将拉伸强度平均值从260KN提高至402KN，达到设计要求。
6、结论
（1）、阐明了内、外螺纹和粘接面强度的大小关系，以及螺纹啮合后螺纹段承载力的强弱关系。
（2）、螺纹参数偏差对井下管螺纹连接强度具有较大影响，若参数偏差使油管螺纹牙底部区域机紧连接过盈变形增大，则井下管螺纹的连接强度降低，承载能力减弱。
（3）、通过增加内、外螺纹啮合长度，有效的增强了拉伸强度，验证了通过增加内、外螺纹啮合长度以增强结构强度的思路是可行有效的，并且使整体管线达到了分层注水的要求，可在油田中运用实践。
参考文献
[1] 山本晃. 螺纹连接理论与计算[M]. 郭可谦譯. 上海：上海科学技术出版社， 1994，15—20
[2] 黄强. 油管螺纹损坏原因与对策. 《石油天然气学报》， 2005，27（1）
[3] 赵华. 螺纹管接头的弹塑性应力分析. 机械工程学报， 1999，33（4）
[4] 谷志峰，司马明. 油管螺纹工作特性研究. 石油矿场机械， 2004，33（2）
关键字：玻璃钢井下管、圆螺纹、连接强度、啮合长度
【分类号】：TE931.2
1、前言
高压玻璃钢井下管因其自身高强度、防腐蚀等优良性能，在油田中水井的应用方向日渐明确。近年来各油田普及了分层注水技术，在提高了综合利用率的同时也对管柱整体的拉伸强度提出了更高的要求。同防腐蚀油管一样，螺纹接头是井下管连接的薄弱环节，因此，对如何提高井下管螺纹强度的研究已刻不容缓。
2、玻璃钢圆螺纹特性认识
2.1、玻璃钢圆螺纹材质
高压玻璃钢井下管是以环氧树脂为基体，玻璃纤维为增强材料，通过湿法缠绕工艺而制成，具有耐腐蚀、强度高等优点。
2.2、圆螺纹连接特点
圆螺纹连接通过侧牙30°斜面承载，工作时产生径向分力，由于承载面的相对滑动趋势降低了整体连接强度。实践证明，圆螺纹连接强度只有管体的60—75%。
连接密封性是靠扭紧扣之后的扣间干涉及螺纹密封膏的堵塞作用实现，相比特殊扣螺纹连接，其密封能力有限，但优于偏梯形螺纹结构。
2.3、内、外螺纹啮合结构
高压玻璃钢井下管圆螺纹牙型角60°，且牙底半径为0.43mm±0.04mm，牙顶半径为0.51mm±0.04mm。由此在内外螺纹啮合之后会在各自的螺纹底部形成微小的间隙，该部分填充了螺纹密封膏，起到了辅助密封的作用。
3、螺纹连接受力分析[1]
3.1、螺纹受力分解
外螺纹由于拉伸力而引起破坏时，其拉伸破坏载荷W=As·σ；
式中，σ为外螺纹材料的抗拉强度（kg/mm2）；As为有效截面积（mm2）；
As取外螺纹中部的有效直径dp和牙底直径dr的平均值作为计算圆面积：
As=π/4[（dp+dr）/2]2；
代入实际数值，可得As=4475mm2，以300KN拉伸破坏载荷计算螺纹抗拉强度σ=6.7 kg/mm2
由于承载面产生相对滑动趋势而使管箍（内螺纹）外涨，管体（外螺纹）内缩，使内螺纹紧紧贴着管箍分解承载力，从而提高了承载能力；相反的，由于管体内缩，外螺纹会逐渐脱离管体而向外承载受力，因此降低了承载能力。但从实际的脱断试样来看，外螺纹粘接面会拔拽纤维表层脱落，可见粘接面的强度更加薄弱，所以对于螺纹配合结构中的三个区域的受力，能够推断出它们的综合强度关系为内螺纹强度>外螺纹强度>外螺纹粘接强度。
从整体上看，螺纹受力呈现两端大中间小的马鞍式形态，而且有螺纹大端的承载力>螺纹小端的承载力>螺纹中部的承载力，这也与实际脱断情况相吻合。
需要指出的是，因玻璃钢材质固有的特性，对承载力的应变响应较慢，且延展性较差，难以分段匹配承载力，所以还是将总承载力集中在外螺纹大端偏前的位置，有相对最优的效果。
4、螺纹连接强度分析
根据螺纹受力分析可以看出，提高螺纹连接强度，从以下三个方面分析：
4.1、增加螺纹啮合长度
通过增加啮合螺纹的扣数，减小每一扣螺纹所平均分担的承载力，由此在每扣螺纹受力的情况下，能够有效的提高连接整体的承载能力。
4.2、均衡螺纹接触压力[3]
通过控制内、外螺纹尺寸公差，调整配合过盈量改善螺纹牙上载荷分布不均的现象。金属材质通常会用到此类方法，但玻璃钢材料是靠分子键结合的高分子，由于分子键弱，弹性模量低，应力对应变的响应也较慢，不能产生较大的屈服延展，因而在啮合时必须将螺纹两侧的密封面同时接触压紧，即能达到该结构下最佳的受力效果。在螺纹检验项目中，螺纹中径和螺纹间距相对来说影响更大[2]，需重点控制。
4.3、螺纹材质和表面处理
现用螺纹胶泥的主要填料为陶瓷粉填料，环氧树脂固化后在体系中含有活性极大的环氧基、羧基等极性基团，因此对金属、陶瓷混凝土等极性基材有优良的附着力，另外用偶联剂对粘接表面进行处理，利用形成的化学键力 稳固粘接效果。
5、连接强度增强试验
5.1、试验方法与目标
按照上述分析的方面，选择最直接有效的方法——增加螺纹啮合长度，目标让螺纹拉伸强度达到400KN（现用标准长度螺纹平均拉伸强度260KN）
5.2、试验数据分析
按照SY/T6267-2006标准要求，试验数据：
表1 加长螺纹连接强度
从表1中可以看到，随着螺纹长度的增加，螺纹啮合长度增加，接头的拉伸力也明显增加，螺纹长度增加112.5mm时，拉伸强度达到402KN。可见，随着螺纹长度的加长，拉伸强度近似线性增加。
5.3、试验结论
通过加长啮合螺纹长度将拉伸强度平均值从260KN提高至402KN，达到设计要求。
6、结论
（1）、阐明了内、外螺纹和粘接面强度的大小关系，以及螺纹啮合后螺纹段承载力的强弱关系。
（2）、螺纹参数偏差对井下管螺纹连接强度具有较大影响，若参数偏差使油管螺纹牙底部区域机紧连接过盈变形增大，则井下管螺纹的连接强度降低，承载能力减弱。
（3）、通过增加内、外螺纹啮合长度，有效的增强了拉伸强度，验证了通过增加内、外螺纹啮合长度以增强结构强度的思路是可行有效的，并且使整体管线达到了分层注水的要求，可在油田中运用实践。
参考文献
[1] 山本晃. 螺纹连接理论与计算[M]. 郭可谦譯. 上海：上海科学技术出版社， 1994，15—20
[2] 黄强. 油管螺纹损坏原因与对策. 《石油天然气学报》， 2005，27（1）
[3] 赵华. 螺纹管接头的弹塑性应力分析. 机械工程学报， 1999，33（4）
[4] 谷志峰，司马明. 油管螺纹工作特性研究. 石油矿场机械， 2004，33（2）