專利名稱：高性能油套管螺紋的接頭結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種螺紋的連接結(jié)構(gòu)，特別是一種高性能油套管螺紋的接頭結(jié) 構(gòu)。
背景技術(shù)：
油套管管柱采用螺紋將單根油井管連接而成，管柱的螺紋連接部位是薄弱的關(guān)鍵 環(huán)節(jié)。在通用的API標(biāo)準(zhǔn)中，套管采用圓螺紋或偏梯螺紋連接形式。這些連接形式在保證 管柱結(jié)構(gòu)完整性和密封完整性方面都存在一定的問題。圓螺紋套管其螺紋連接強(qiáng)度只為管 體強(qiáng)度的60% 80%，偏梯螺紋的連接強(qiáng)度雖接近或達(dá)到管體強(qiáng)度但氣密封性能不夠。另 外油氣中含有的硫化氫酸性成分會(huì)使普通API套管發(fā)生緩慢的應(yīng)力腐蝕，導(dǎo)致套管在長期 的使用過程中變形破壞。隨著石油工業(yè)的發(fā)展，尤其是深井、超深井、高壓氣井、定向井、酸性環(huán)境井的開 發(fā)，對石油套管的使用性能提出了更高的要求，套管管串設(shè)計(jì)也越來越多樣化。具有API標(biāo) 準(zhǔn)螺紋連接形式的套管在許多情況下難以滿足生產(chǎn)需求，所以國外開發(fā)出各種類型的特殊 螺紋連接。這些特殊螺紋連接以其可靠的氣密封性能、較高的連接強(qiáng)度、良好的抗粘扣和特 殊針對性的設(shè)計(jì)受到油田的普遍歡迎。我國在80年代開始，在深井、超深井以及天然氣井 的開發(fā)中引進(jìn)了特殊螺紋連接套管，取得了較好的效果。但在應(yīng)用中也帶來了相關(guān)的問題。 如進(jìn)口成本較高；特殊螺紋連接維修及其附件加工困難。這些都限制了特殊扣套管的使 用。隨著極端條件下油氣田開發(fā)越來越多，對油套管螺紋接頭的要求也越來越高，特 殊螺紋接頭除了需要滿足接頭的連接性能外，還需要在極端環(huán)境和復(fù)合載荷下具備良好的 密封性能。這些極端環(huán)境和復(fù)合載荷包括大彎曲角度，拉伸與壓縮的交變載荷等。滿足這 些極端環(huán)境的特殊螺紋接頭需要具備在拉伸與壓縮載荷下密封面的密封性能的穩(wěn)定性。負(fù) 角度螺紋設(shè)計(jì)可以提供拉伸載荷下密封面密封性能的穩(wěn)定性，而齒側(cè)過盈設(shè)計(jì)可以提供壓 縮載荷下密封面密封性能的穩(wěn)定性，目前的所有的螺紋設(shè)計(jì)中都是單獨(dú)采用負(fù)角度螺紋設(shè) 計(jì)或者齒側(cè)過盈設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)的不足，本發(fā)明提供一種高性能油套管螺紋的接頭結(jié)構(gòu)，綜 合采用了負(fù)角度螺紋設(shè)計(jì)與齒側(cè)過盈設(shè)計(jì)，以提高在拉伸與壓縮載荷下密封面密封性能的 穩(wěn)定性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種高性能油套管螺紋的接頭結(jié) 構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括一個(gè)端部帶有外螺紋的套管和帶有內(nèi)螺紋的接箍旋合擰接而成，其中所述 套管端部的外螺紋和接箍的內(nèi)螺紋均為的負(fù)角度錐螺紋，螺紋設(shè)計(jì)為齒側(cè)過盈，所述接箍 的內(nèi)螺紋上設(shè)止扭矩臺(tái)肩，旋合擰接的接頭公母端內(nèi)孔平齊。所述負(fù)角度錐螺紋的齒型是螺紋設(shè)計(jì)為齒側(cè)過盈，承載側(cè)角度為_2 -5，齒型的螺距為每英寸三牙 六牙，錐度為1 16 1 7，外螺紋齒高為2mm 4mm，內(nèi)螺紋齒 高為2mm 4mm。所述接箍的內(nèi)螺紋上的止扭矩臺(tái)肩為確定上扣位置的直臺(tái)肩，該臺(tái)肩與套管的軸 線角度為10 20°，旋合擰接的接頭公母端內(nèi)孔平齊。所述螺紋設(shè)計(jì)的齒側(cè)過盈為軸向過盈量5mm 25. 4mm。本發(fā)明的效果是通過同時(shí)采用負(fù)角度螺紋設(shè)計(jì)和齒側(cè)過盈設(shè)計(jì)，優(yōu)化螺紋結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)，提高了在拉伸與壓縮載荷下密封面的密封性能的穩(wěn)定性，更利于油套管在極端條件下 的使用。由于拉伸和壓縮性能提高，使抗彎曲性能有所增強(qiáng)，由于拉伸和壓縮性能提高，使 抗彎曲性能有所增強(qiáng)，在接箍相應(yīng)位置增加了止扭矩臺(tái)肩，以確保上扣位置。保證接頭的連 接效率最大化和壓縮性能的最優(yōu)化。公母端內(nèi)孔平齊的設(shè)計(jì)使得油氣在傳送過程中不會(huì)發(fā) 生紊流現(xiàn)象，減小傳輸阻力。


圖1是本發(fā)明特殊扣套管連接結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是本特殊扣套管連接結(jié)構(gòu)的螺紋齒側(cè)過盈放大圖。A、套管 B、接箍 C、外螺紋 D、止扭矩臺(tái)肩
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明的高性能套管氣密封螺紋連接結(jié)構(gòu)加以說明。本發(fā)明的高性能油套管螺紋的接頭結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括一個(gè)端部帶有外螺紋的套管 和帶有內(nèi)螺紋的接箍旋合擰接而成，所述套管端部的外螺紋和接箍的內(nèi)螺紋均為的負(fù)角度 錐螺紋，螺紋設(shè)計(jì)為齒側(cè)過盈，齒側(cè)過盈為軸向過盈量5mm 25. 4mm。所述接箍的內(nèi)螺紋上 設(shè)止扭矩臺(tái)肩，旋合擰接的接頭公母端內(nèi)孔平齊。所述負(fù)角度錐螺紋的齒型是螺紋設(shè)計(jì)為齒側(cè)過盈，承載側(cè)角度為_2 _5，齒型 的螺距為每英寸三牙 六牙，錐度為1 16 1 7，外螺紋齒高為2mm 4mm，內(nèi)螺紋齒 高為2mm 4mm。所述接箍的內(nèi)螺紋上的止扭矩臺(tái)肩為確定上扣位置的直臺(tái)肩，該臺(tái)肩與套管的軸 線角度為10 20°，旋合擰接的接頭公母端內(nèi)孔平齊。本發(fā)明的高性能套管氣密封螺紋連接結(jié)構(gòu)是這樣實(shí)現(xiàn)的如圖1、2所示，該石油套管接頭結(jié)構(gòu)包括套管A和接箍B兩部分組成，所述套管A 部分由外螺紋C，所述接箍B部分在兩根套管間連接，兩邊結(jié)構(gòu)對稱，包括內(nèi)螺紋和止扭矩 臺(tái)肩D。所述外螺紋C的牙型角為16°，其中承載面α 為-4°，導(dǎo)入面α2為20°， 根據(jù)外徑規(guī)格的不同，外螺紋齒高均為2. 16mm,內(nèi)螺紋齒高均為2. 36mm，螺距分別為t = 5. 08mm，螺紋錐度1 16，螺紋為齒側(cè)過盈。所述內(nèi)螺紋的牙型角、導(dǎo)入面角度、承載面角 度、螺距、錐度均與外螺紋一致。 套管A出廠前接箍B的一邊先與管體擰接到位，運(yùn)輸至油田，需要下井時(shí)再與另一 根套管進(jìn)行擰接下井，形成密閉的套管柱直至幾千米深的采油氣層。在擰接上扣過程中，套 管A與接箍B進(jìn)行旋合擰接，套管A上的外螺紋C和接箍B上的內(nèi)螺紋C旋緊配合在一起
4直至開始發(fā)生過盈，產(chǎn)生一定的接觸應(yīng)力。 但由于內(nèi)外螺紋齒頂與齒底有一定的空隙，因此并不能完成密封。然后由于套管 A和接箍B的密封面部分開始接觸，并發(fā)生過盈而達(dá)到密封的效果。最后當(dāng)套管A和接箍 B的止扭矩臺(tái)肩D接觸時(shí)，旋合扭矩立即快速上升到達(dá)設(shè)計(jì)的扭矩值時(shí)自動(dòng)停止旋合，為套 管A和接箍B之間提供準(zhǔn)確的擰接定位。此時(shí)套管A和接箍B能保證連接強(qiáng)度達(dá)到或超過 管體強(qiáng)度，受到內(nèi)壓或外壓時(shí)不會(huì)先與管體發(fā)生泄漏。然后，下放管柱繼續(xù)進(jìn)行下一根套管 的上扣連接。
權(quán)利要求
一種高性能油管氣密封螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征是該結(jié)構(gòu)包括一個(gè)管端部墩粗后帶有外螺紋的油管和帶有內(nèi)螺紋的接箍旋合擰接而成，油管管端部的外螺紋有螺紋部分和防止高壓油氣外泄的密封部分；所述油管管端部的外螺紋和接箍的內(nèi)螺紋均為倒鉤形錐螺紋，所述內(nèi)、外螺紋上均設(shè)有錐形密封面以及扭矩臺(tái)肩所組成的主密封結(jié)構(gòu)，螺紋軸向過盈量2.5～10mm，錐形密封面采用錐面 錐面密封，密封面半角為10°～20°
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能油管氣密封螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征是所述油管管端 部墩粗后的外徑大于該油管外徑4 15mm，墩粗部分和油管管子部分的過度采用圓弧過 度，圓弧半徑為30 50mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能油管氣密封螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征是所述倒鉤形錐 螺紋齒型的公端在螺紋尾部設(shè)置2 8mm長的圓柱退刀區(qū)，所述倒鉤形錐螺紋齒型的螺距 為每英寸五牙或每英寸六牙_八牙，公端螺紋齒高為1. 016 1. 575mm,母端螺紋齒高為 1. 066 1. 778mm，錐度為 1 16。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能油管氣密封螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征是所述主密封結(jié) 構(gòu)包括所述油管外螺紋鼻端部和與接箍內(nèi)螺紋對應(yīng)處均設(shè)有錐形密封面，在所述內(nèi)、外螺 紋上的錐形密封面端面處均設(shè)有起上卸扣定位的扭矩臺(tái)肩。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高性能油管氣密封螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征是所述內(nèi)、外螺紋 的錐形密封面與油管軸線的角度均為10 30度，所述內(nèi)、外螺紋扭矩臺(tái)肩與螺紋軸線的角 度均為70 90度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高性能油套管螺紋的接頭結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括一個(gè)端部帶有外螺紋的套管和帶有內(nèi)螺紋的接箍旋合擰接而成，所述套管端部的外螺紋和接箍的內(nèi)螺紋均為的負(fù)角度錐螺紋，螺紋設(shè)計(jì)為齒側(cè)過盈，所述接箍的內(nèi)螺紋上設(shè)止扭矩臺(tái)肩。本發(fā)明的效果是通過同時(shí)采用負(fù)角度螺紋設(shè)計(jì)和齒側(cè)過盈設(shè)計(jì)，優(yōu)化螺紋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高了在拉伸與壓縮載荷下密封面的密封性能的穩(wěn)定性，更利于油套管在極端條件下的使用。由于拉伸和壓縮性能提高，使抗彎曲性能有所增強(qiáng)，在接箍相應(yīng)位置增加了止扭矩臺(tái)肩，以確保上扣位置。保證接頭的連接效率最大化和壓縮性能的最優(yōu)化。
文檔編號(hào)F16L15/04GK101899953SQ201010220309
公開日2010年12月1日 申請日期2010年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日
發(fā)明者史彬, 呂春莉, 吳稀勇, 屈強(qiáng), 張軍, 柳玉偉, 梅麗, 王春忠, 王春河, 閆龍, 陳濤, 駱敬輝 申請人:天津鋼管集團(tuán)股份有限公司