CN101864906A - 抗弯曲的油套管螺纹连接结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抗弯曲的油套管螺纹连接结构，该结构包括一个端部带有外螺纹的套管和带有内螺纹的接箍旋合拧接，所述套管的外螺纹和接箍的内螺纹均为负角度锥螺纹，所述内螺纹上设有扭矩台肩。所述负角度螺纹的牙型角为15-28度，导入面为20-30度，承载面为-2--5度，齿型螺距为每英寸三牙-六牙，锥度为1∶16-1∶7，公螺纹齿高为2mm-4mm，母螺纹齿高为2mm-4mm。本发明的效果是该连接结构提高油套管的弯曲性能，更利于油套管串的下放和固井工作的进行。通过优化的中孔设计与螺纹牙型设计同时提高抗压缩性能与拉伸性能，以提高抗弯曲性能，公母端内孔平齐的设计使得油气在传送过程中不会发生紊流现象，减小传输阻力。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗弯曲的油套管螺纹连接结构。
背景技术
油套管管柱采用螺纹将单根油井管依次连接而成，管柱的螺纹连接部位是薄弱的关键环节。在通用的API标准中，套管采用圆螺纹或偏梯螺纹连接形式。这些连接形式在保证管柱结构完整性和密封完整性方面都存在一定的问题。圆螺纹套管其螺纹连接强度只为管体强度的60％～80％，偏梯螺纹的连接强度虽接近或达到管体强度但气密封性能不够。另外油气中含有的硫化氢酸性成分会使普通API套管发生缓慢的应力腐蚀，导致套管在长期的使用过程中变形破坏。
随着石油工业的发展，尤其是深井、超深井、高压气井、定向井、酸性环境井的开发，对石油套管的使用性能提出了更高的要求，套管管串设计也越来越多样化。具有API标准螺纹连接形式的套管在许多情况下难以满足生产需求，所以国外开发出各种类型的特殊螺纹连接。这些特殊螺纹连接以其可靠的气密封性能、较高的连接强度、良好的抗粘扣和特殊针对性的设计受到油田的普遍欢迎。
我国在80年代开始，在深井、超深井以及天然气井的开发中引进了特殊螺纹连接套管，取得了较好的效果。特殊扣产品占1/2以上，随着油气资源的加大开发，开采环境的不断恶化，特殊扣产品的需求量会越来越大，对特殊扣接头的性能要求也越来越高。一些特殊井况，如大位移井等，对接头的弯曲性能提出了更高的要求，需要提高接头的弯曲性能。目前VAM和特纳(公司)有抗弯曲的特殊扣接头，其设计都采用了管端收口的工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗弯曲的油套管螺纹连接结构，以提高弯曲性能，增加连接效率，并且在苛刻条件下具备优良的密封效果。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种抗弯曲的油套管螺纹连接结构，该结构包括一个端部带有外螺纹的油套管和带有内螺纹的接箍旋合拧接，其中：所述套管的外螺纹和接箍的内螺纹均为负角度锥螺纹，所述接箍的内螺纹上设有止扭矩台肩，接箍的中孔的直径大于接箍内径，公螺纹端、母螺纹端的内孔平齐。
本发明的效果是该结构的相关参数设计可以提高接头的弯曲性能，其弯曲角度可表示为××°/30m，其中××为弯曲角度，远超过ISO 13679规定值。经有限元分析和试验验证均表明，在相应规格和钢级油套管接头发生屈服的弯曲角度下，接头密封面仍然保持良好的密封性能。
附图说明
图1是本发明的连接结构的结构示意图；
图2是本发明的连接结构的螺纹牙型放大示意图；
图3是本发明的连接结构的止扭矩台肩放大示意图。
图中：
A、套管 B、接箍
C、螺纹 D、止扭矩台肩
具体实施方式
结合附图及实施例对本发明的抗弯曲套管螺纹连接结构加以说明。
本发明的抗弯曲的油套管螺纹连接结构，该结构包括一个端部带有外螺纹的油套管和带有内螺纹的接箍旋合拧接，所述套管的外螺纹和接箍的内螺纹均为负角度锥螺纹，所述接箍的内螺纹上设有止扭矩台肩，接箍的中孔的直径大于油套管的内径。所述接箍的中孔直径比接箍内径大0.5-1.5mm。
所述负角度锥螺纹的牙型角为15-28度，导入面为20-30度，承载面为-2--5度，齿型的螺距为每英寸三牙-六牙，锥度为1∶16-1∶7，公螺纹齿高为2mm-4mm，母螺纹齿高为2mm-4mm，公螺纹端、母螺纹端的内孔平齐。
所述接箍的内螺纹上设有的止扭矩台肩，止扭矩台肩角度为-10--20度。所述接箍的密封面与止扭矩台肩处设有过渡圆角，过渡圆角的半径在0.4～0.6mm。
本发明专利的抗弯曲套管螺纹连接结构是这样实现的：
在螺纹设计中，采用负角度螺纹以提高拉伸性能，同时优化螺纹间隙，尽量的减小间隙以提高接头的压缩性能，牙型角为15-28度，导入面为20-30度，承载面为-2--5度，齿型的螺距为每英寸三牙-六牙，锥度为1∶16-1∶7，公螺纹齿高为2mm-4mm，母螺纹齿高为2mm-4mm，公螺纹端、母螺纹端的内孔平齐。接箍的中孔设计与VAM和特纳公司的特殊扣不同，本发明没有采用管端收口的工艺，而是优化螺纹设计与接箍的中孔设计，以保证接头的良好的抗弯曲性能。在接箍设计上，接箍的密封面与止扭矩台肩处设有过渡圆角，采用了较小的过渡圆角，过渡圆角半径在0.4～0.6mm左右。
如图1所示，该抗弯曲油套管螺纹连接结构包括套管A和接箍B两部分组成，所述套管A端部带有外螺纹，所述接箍B部分在两根套管间连接，两边结构对称，包括内螺纹和止扭矩台肩D。套管A和接箍B内孔齐平，使得油气在传送过程中不会发生紊流现象，减小传输阻力。
所述螺纹牙型结构如图2所示，所述外螺纹的牙型角为15度，其中承载面α1为-5度，导入面α2为20度，公螺纹齿高均为2.16mm，母螺纹齿高均为2.36mm，根据外径规格的不同可以调整。螺距为t＝5.08mm，螺纹锥度1∶16。所述内螺纹的牙型角、导入面角度、承载面角度、螺距、锥度均与外螺纹一致。图2中箭头a表示套管端即公螺纹端，b表示的是接箍端即母螺纹端。接箍的过渡圆角半径为0.4mm，套管的过渡圆角半径为0.6mm，如图3中的c所示。
套管出厂前接箍的一边先与管体拧接到位，运输至油田，需要下井时再与另一根套管进行拧接下井，形成密闭的套管柱。在拧接上扣过程中，套管A与接箍B进行旋合拧接，套管上的外螺纹和接箍上的内螺纹旋紧配合在一起直至开始发生过盈，产生一定的接触应力。当套管A和接箍B的止扭矩台肩D接触时，旋合扭矩立即快速上升到达设计的扭矩值时自动停止旋合，为套管A和接箍B之间提供准确的拧接定位。此时套管A和接箍B能保证连接强度达到或超过管体强度，受到内压或外压时不会先与管体发生泄漏。然后下放管柱继续进行下一根套管的上扣连接。
Claims (5)
1.一种抗弯曲的油套管螺纹连接结构，该结构包括一个端部带有外螺纹的油套管和带有内螺纹的接箍旋合拧接，其特征是：所述套管的外螺纹和接箍的内螺纹均为负角度锥螺纹，所述接箍的内螺纹上设有止扭矩台肩，接箍的中孔的直径大于油套管的内径。
2.根据权利要求1所述的抗弯曲的油套管螺纹连接结构，其特征是：所述负角度锥螺纹的牙型角为15-28度，导入面为20-30度，承载面为-2--5度，齿型的螺距为每英寸三牙-六牙，锥度为1∶16-1∶7，公螺纹齿高为2mm-4mm，母螺纹齿高为2mm-4mm，公螺纹端、母螺纹端的内孔平齐。
3.根据权利要求1所述的抗弯曲的油套管螺纹连接结构，其特征是：所述接箍的中孔直径比接箍内径大0.5-1.5mm。
4.根据权利要求1所述的抗弯曲的油套管螺纹连接结构，其特征是：所述接箍的内螺纹上设有的止扭矩台肩，止扭矩台肩角度为-10--20度。
5.根据权利要求1所述的抗弯曲的油套管螺纹连接结构，其特征是：所述接箍的密封面与止扭矩台肩处设有过渡圆角，过渡圆角的半径在0.4～0.6mm。
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