CN102116135B - 防松动高气密螺纹套管连接结构 - Google Patents

Abstract

一种防松动高气密螺纹套管连接结构，包括工厂端套管、油田端套管和接箍，三者通过螺纹旋接成一体，使接箍的一端与套管牢固连接，接箍的另一端的通过定扭矩方式旋接在接箍的内螺纹中，使两端套管的对接端面形成为带压过盈密封对接结构；或者通过接箍的密封台阶，或者通过中间套形成带压过盈密封对接结构；工厂端套管和油田端套管与接箍之间的连接强度通过螺纹连接来保证，三者之间的密封性能由端面过盈密封对接结构来保证。通过使用扭矩板手确保端面过盈密封。它既保证油田端套管、工厂端套管与接箍之间的连接强度，又能保证油田端套管与工厂端套管之间形成高密封端面过盈密封对接。

Description

防松动高气密螺纹套管连接结构

技术领域：

本发明涉及一种石油、天燃气开采钻井使用的套管螺纹连接结构，尤其涉及高气密螺纹套管的连接结构。

背景技术：

在石油、天燃气开采钻井中必须使用高强度、高气密性的套管结合件，天津的侯毅在ZL96106583.4中公开了一种《高气密偏梯形螺纹套管连接结构》，套管两端制有锥形偏梯形外螺，接箍两端制有锥形偏梯形内螺纹，在套管两端壁厚端面为弧形曲面，两套管由接箍连接后有轴向过盈“△”，两套管管端相互压紧，管壁轴向产生弱性塑性变形，形成金属对金属的密封面。该专利还公开了它的三种优化结构，即接箍两端的偏梯形内螺纹在邻近中内每侧至少有两个牙的牙宽大于正常牙宽，宽牙的牙宽与正常牙的牙宽之差小于套管连接后螺纹牙形侧面间隙量；套管两端部弧形曲面壁厚端面的曲率半径可以相同也可不同，套管螺纹连接的轴向过盈“△”为0.1～2.0毫米；为了便于油田端套管扣紧，在接箍的油田端设有紧扣标准线，在油田端套管上设有紧扣标记线。这种高气密偏梯形螺纹套管的连接结构既有偏梯形螺纹连接的可充分利用螺纹的螺尾螺纹连接不削弱管体壁厚、连接强度与管体相当、不粘扣、受到拉力作用时不易滑脱等优点，同时通过增加接箍内螺纹部分牙宽使连接后的螺纹牙形侧面间隙量减小，从而使连接的密封性能进一步提高；正由于它具有上述优点，近年来也得到推广应用。然而在实际使用过程中又出现如下技术问题：

第一，虽然在接箍的油田上紧端设有标准线，在油田端套管上设有标记线，但在实际使用中，油田端套管与接箍之间需要经常拆装，标准线和标记线很容易被磨损，另一方面，工厂套管和油田端套管的对接端面的曲率半径经过多次拆装后，必然要产生塑性变形，使得原先设计的套管螺纹连接的轴向过盈“△”逐渐减小，若仍以原先的标准线和标记线来判定两者是否扣紧到位是很不准确，即使标记线与标准线共线，两根套管的对接端面仍然达不到密封要求。

第二，为了克服上述缺陷，人们通常采用拧死油田端套管的办法来克服可能导致两套管端面不密封缺陷，但在旋紧操作过程中，由于油田端套管与工厂端套管的接触端面之间为过盈接触，在旋转油田端套管时会导致工厂端套管反转，从而使工厂端套管与接箍之间产生松动，从而降低了连接强度，这是很危险的缺陷，严重时会导致油管与接箍脱离，后果不堪设想。

发明内容：

本发明的目的是提供一种防松动高气密螺纹套管连接结构，它既能保证油田端套管、工厂端套管与接箍之间的连接强度，又能保证油田端套管与工厂端套管接触端面产生端面过盈密封，满足使用要求。

本发明采取的技术方案是：

所述防松动高气密螺纹套管连接结构，包括工厂端套管、油田端套管和接箍，在工厂端套管和油田端套管设有外螺纹，在接箍两端都设有内螺纹，工厂端套管和油田端套管均通过外螺纹与接箍旋接成一体，其特征是：接箍与工厂端套管或油田端套管牢固连接，工厂端套管和油田端套管的外螺纹通过定扭矩方式旋接在接箍两端的内螺纹中，工厂端套管的对接端面和油田端套管的对接端面之间为带压过盈密封对接结构；或者工厂端套管的对接端面通过接箍的密封台阶和油田端套管的对接端面之间形成带压过盈密封对接结构；或者工厂端套管的对接端面通过中间套和油田端套管的对接端面之间形成带压过盈密封对接结构。

进一步，接箍与工厂端套管固定连接成一体。

进一步，接箍与油田端套管固定连接成一体。

进一步，在接箍的中间设有螺纹越程槽。

进一步，接箍与工厂端套管牢固连接的结构为如下方式中的任一种：

①工厂端套管与接箍之间带胶牢固连接，在工厂端套管与接箍旋接前，先在工厂端套管与接箍的连接螺纹段上涂加金属胶粘剂，待金属胶粘剂产生粘接层后再旋接另一端套管；

②工厂端套管与接箍之间焊接连接，在工厂端套管与接箍旋紧上扣后，工厂端套管与接箍之间通过焊接方式固定成一体；

③工厂端套管与接箍之间通过止退结构牢固连接，在工厂端套管与接箍旋紧上扣后，在工厂端套管与接箍之间设有止退结构，防止工厂端套管相对于接箍反向松动。

更进一步，所述工厂端套管与接箍之间设有的止退结构是：在工厂端套管与接箍旋紧上扣后，在两者螺纹连接段配钻防转销沉孔，防转销沉孔穿过接箍，但不穿过套管壁，在防转销沉孔中压入防转销。

更进一步，所述工厂端套管与接箍之间设有的止退结构是：在接箍的端面设有端面槽，在工厂端套管与接箍旋紧上扣后，在工厂端套管非螺纹外圆上固定有止退板，止退板的一端置于接箍的端面槽内。

工厂端套管和油田端套管之间形成的带压过盈密封对接结构形式很多，例如双平面对接或V形对接或台阶对接或双弧面对接。不管采用任种对接形式，只要两者之间能形成配对密封对接面即可。

工厂端套管和油田端套管与接箍之间的连接螺纹结构形式、连接螺纹的螺距参数都不限，只要能满足三者之间的预定连接强度要求均可。

当然，接箍也可与油田端套管固定连接成一体，其固定连接方式所产生的技术效果与接箍与工厂端套管固定连接所产生的技术效果相同。

以工厂端套管与接箍固定连成一体，且工厂端套管与油田端套管之间形成密封对接面的方案为例，说明其使用方法，使用方法包括如下步骤：

第一步，将工厂端套管与接箍进行定扭矩旋紧固定，形成牢固连接结构，确保两者之间的连接强度；

第二步，将油田端套管旋入接箍的另一端，用扭矩扳手夹持油田端套管并旋紧，注意观察扭矩扳手所显示扭矩的大小，当扭矩值达到设计的标准值后，就表示工厂端套管与油田端套管之间已形成过盈密封对接面，已满足高密封对接要求；

第三步，当油田端套管拆除后需要重新旋接时，只要将油田端套管旋入接箍中，用扭矩扳手旋紧油田端套管，当扭矩扳手的扭矩达到标准值，即说明工厂端套管与油田端套管之间产生的密封过盈量已达到预定值。

由于在设计时就通过试验预先测得了油田端套管与工厂端套管通过接箍连接所形成高密封端面过盈密封对接所需的扭矩值大小，即设计预定的标准上扣扭矩，出厂前工厂端套管与接箍就已牢固连接成一体，两者间采用现有的套管拆装工具无法使工厂端套管与接箍拆开，在拆装油田端套管的过程中，工厂端套管与接箍之间牢固连接为一体，当油田端套管的对接端面带压转动工厂端套管的对接端面时，工厂端套管不会相对接箍反转产生松动，在油田端套管旋紧上扣的过程中，只要使用扭矩板手进行上紧，当扭矩板手旋紧的扭矩达到设计预定的标准上扣扭矩时，则表明油田端套管与工厂端套管通过接箍连接已形成了端面过盈密封。它既保证油田端套管、工厂端套管与接箍之间的连接强度，又能保油田端套管与工厂端套管之间形成高密封端面过盈密封对接。

附图说明：

图1～图3为工厂端套管、接箍和油田端套管的三种连接结构示意图；

图1为工厂端套管和油田端套管之间形成带压过盈密封对接面；

图2为工厂端套管和油田端套管之间通过接箍内的密封台阶形成过盈密封对接面；

图3为工厂端套管和油田端套管之间通过中间套形成过盈密封对接面；

图4为工厂端套管与接箍牢固连接结构的结构一(胶粘接固定)；

图5为工厂端套管与接箍牢固连接结构的结构二(焊接固定)；

图6为工厂端套管与接箍牢固连接结构的结构三(防转销固定)；

图7为工厂端套管与接箍牢固连接结构的结构四(止退片固定)；

图8为工厂端套管与油田端套管间形成过盈密封对接面的几种结构形式；

图9为图7中的A-A剖视图；

图10为接箍内设有螺纹越程槽的结构示意图；

图中，1-工厂端套管；2-油田端套管；3-接箍；4-中间套；5-粘接层；11-工厂端套管的对接端面；21-油田端套管的对接端面；31-密封台阶；32-螺纹越程槽；33-端面槽；61-防转销沉孔；62-防转销；63-止退板；64-铆钉。

具体实施方式：

下面结合附图说明本发明的具体实施方式：

实施例1：一种防松动高气密螺纹套管连接结构，它由工厂端套管1、油田端套管2和接箍3组成，如图1所示，在工厂端套管1和油田端套管2的两端设有外螺纹，在接箍3两端都设有内螺纹，工厂端套管1和油田端套管2的外螺纹都通过定扭矩旋紧方式旋接在接箍3两端的内螺纹中，其中，接箍3与工厂端套管1之间通过涂加金属粘合剂方式固定连接成一体，在两者的连接螺纹段形成牢固粘接层5，如图4所示，接箍3与油田端套管2拆卸地旋接，工厂端套管的对接端面11和油田端套管的对接端面21之间形成为带压过盈密封对接结构，所述带压过盈密封对接结构为如下形式中的任一种：双平面对接，如图8A所示；V形面对接，如图8B所示；台阶对接，如图8C所示；双弧面对接，如图8D所示；圆弧面连接，如图8E所示，在接箍3的中间位置设有螺纹越程槽32，如图10所示。

实施例2：与实施例1相似，不同之处仅在于接箍3与工厂端套管1之间牢固连接的结构不同，在本例中，在工厂端套管1与接箍3旋紧上扣后，工厂端套管1与接箍3旋紧上扣后，通过焊接方式固定成一体，如图5所示。

实施例3：与实施例1相似，不同之处仅在于接箍3与工厂端套管1之间牢固连接的结构不同，在本例中，在工厂端套管1与接箍3旋紧上扣后，在两者螺纹连接段配钻防转销沉孔61，防转销沉孔61穿过接箍3，但不穿过套管壁，在防转销沉孔61中压入防转销62，如图6所示。

实施例4：与实施例1相似，不同之处仅在于接箍3与工厂端套管1之间牢固连接的结构不同，在本例中，在接箍3的端面设有端面槽33，工厂端套管1与接箍3旋紧上扣后，在工厂端套管1非螺纹外圆上由铆钉64固定止退板63，止退板63的一端位于接箍3的端面槽33内，如图7所示。

实施例5：一种防松动高气密螺纹套管连接结构，它由工厂端套管1、油田端套管2和接箍3组成，如图2所示，在工厂端套管1和油田端套管2的两端设有外螺纹，在接箍3两端都设有内螺纹，在接箍3的中间位置设有密封台阶31，在密封台阶31两侧设有螺纹越程槽32，工厂端套管1和油田端套管2的外螺纹都通过定扭矩旋紧方式旋接在接箍3两端的内螺纹中，其中，接箍3与工厂端套管1之间通过涂加金属粘合剂方式固定连接成一体，在两者连接螺纹段形成牢固粘接层5，如图4所示，接箍3与油田端套管2之间为拆卸地旋接，工厂端套管的对接端面11和油田端套管的对接端面21都与密封台阶31过盈密封对接，所述过盈密封对接结构为如下形式中的任一种：双平面对接，如图8A所示；V形面对接，如图8B所示；台阶对接，如图8C所示；双弧面对接，如图8D所示；圆弧面连接，如图8E所示。

实施例6：与实施例5相似，不同之处仅在于接箍3与工厂端套管1之间牢固连接的结构不同，在本例中，在工厂端套管1与接箍3旋紧上扣后，工厂端套管1与接箍3之间通过焊接方式固定成一体，如图5所示。

实施例7：与实施例5相似，不同之处仅在于接箍3与工厂端套管1之间牢固连接的结构不同，在本例中，在工厂端套管1与接箍3旋紧上扣后，在两者螺纹连接段配钻防转销沉孔61，防转销沉孔61穿过接箍3，但不穿过套管壁，在防转销沉孔61中压入防转销62，如图6所示。

实施例8：与实施例5相似，不同之处仅在于接箍3与工厂端套管1之间牢固连接的结构不同，在本例中，在接箍3的端面设有端面槽33，在工厂端套管1与接箍3旋紧上扣后，在工厂端套管1非螺纹外圆上由铆钉64固定止退板63，止退板63的一端位于接箍3的端面槽33内，如图7所示。

实施例9：一种防松动高气密螺纹套管连接结构，它由工厂端套管1、油田端套管2和接箍3组成，如图3所示，在工厂端套管1和油田端套管2两端都设有外螺纹，在接箍3两端都设有内螺纹，工厂端套管1和油田端套管2的外螺纹都通过定扭矩旋紧方式旋接在接箍3两端的内螺纹中，其中，接箍3与工厂端套管1之间通过涂加金属粘合剂方式固定连接成一体，在两者连接螺纹段形成牢固粘接层5，如图4所示，接箍3与油田端套管2之间为拆卸地旋接，工厂端套管的对接端面11和油田端套管的对接端面21之间通过中间套4形成为带压过盈密封对接结构，所述带压过盈密封对接结构为如下形式中的任一种：双平面对接，如图8A所示；V形面对接，如图8B所示；台阶对接，如图8C所示；双弧面对接，如图8D所示；圆弧面连接，如图8E所示。

实施例10：与实施例5相似，不同之处仅在于接箍3与工厂端套管1之间牢固连接的结构不同，在本例中，在工厂端套管1与接箍3旋紧上扣后，工厂端套管1与接箍3之间通过焊接方式固定成一体，如图5所示。

实施例11：与实施例5相似，不同之处仅在于接箍3与工厂端套管1之间牢固连接的结构不同，在本例中，在工厂端套管1与接箍3旋紧上扣后，在两者螺纹连接段配钻防转销沉孔61，防转销沉孔61穿过接箍3，但不穿过套管壁，在防转销沉孔61中压入防转销62，如图6所示。

实施例12：与实施例5相似，不同之处仅在于接箍3与工厂端套管1之间牢固连接的结构不同，在本例中，在接箍3的端面设有端面槽33，在工厂端套管1与接箍3旋紧上扣后，在工厂端套管1非螺纹外圆上由铆钉64固定止退板63，止退板63的一端位于接箍的端面槽33内，如图7所示。

在上述各例中，工厂端套管1和油田端套管2与接箍3之间的连接螺纹结构形式、连接螺纹的螺距参数都不限，只要能满足三者之间的预定连接强度要求均可。

当然，接箍3也可与油田端套管2固定连接成一体，其固定连接方式所产生的技术效果与接箍3与工厂端套管1固定连接所产生的技术效果相同。

上述各例虽然结构有所不同，但其使用效果相同，使用方法类似，下面以工厂端套管1与接箍3固定连成一体，且工厂端套管1与油田端套管2之间形成密封对接面的方案为例，说明其具体的使用方法，使用方法包括如下步骤：

第一步，将工厂端套管1与接箍3进行定扭矩旋紧固定，形成牢固连接结构，确保两者之间的连接强度；

第二步，将油田端套管2旋入接箍3的另一端，用扭矩扳手夹持油田端套管2并旋紧，注意观察扭矩扳手所显示扭矩的大小，当扭矩值达到设计的标准值后，就表示工厂端套管1与油田端套管2之间已形成过盈密封对接面，已满足高密封对接要求；

第三步，当油田端套管2拆除后需要重新旋接时，只要将油田端套管2旋入接箍3中，用扭矩扳手旋紧油田端套管2，当扭矩扳手的扭矩达到标准值，即说明工厂端套管1与油田端套管2之间产生的密封过盈量已达到预定值。

Claims (5)

1.一种防松动高气密螺纹套管连接结构，包括工厂端套管(1)、油田端套管(2)和接箍(3)，在工厂端套管(1)和油田端套管(2)设有外螺纹，在接箍(3)两端都设有内螺纹，工厂端套管(1)和油田端套管(2)均通过外螺纹与接箍(3)旋接成一体，其特征是：工厂端套管(1)和油田端套管(2)的外螺纹通过定扭矩方式旋接在接箍(3)两端的内螺纹中，且工厂端套管的对接端面(11)和油田端套管的对接端面(21)之间为带压过盈密封对接结构；或者工厂端套管的对接端面(11)通过接箍(3)的密封台阶(31)和油田端套管的对接端面(21)之间形成带压过盈密封对接结构；或者工厂端套管的对接端面(11)通过中间套(4)和油田端套管的对接端面(21)之间形成带压过盈密封对接结构，在接箍(3)与工厂端套管(1)之间设有止退结构，所述止退结构有二种：

第一种，在工厂端套管(1)与接箍(3)旋紧上扣后，在两者螺纹连接段配钻防转销沉孔(61)，防转销沉孔(61)穿过接箍(3)，但不穿过套管壁，在防转销沉孔(61)中压入防转销(62)；

第二种，在接箍(3)的端面设有端面槽(33)，在工厂端套管(1)与接箍(3)旋紧上扣后，在工厂端套管(1)非螺纹外圆上固定有止退板(63)，止退板(63)的一端置于接箍(3)的端面槽(33)内。

2.根据权利要求1所述防松动高气密螺纹套管连接结构，其特征是：接箍(3)与工厂端套管(1)固定连接成一体。

3.根据权利要求1所述防松动高气密螺纹套管连接结构，其特征是：接箍(3)与油田端套管(2)固定连接成一体。

4.根据权利要求1所述防松动高气密螺纹套管连接结构，其特征是：在接箍(3)的中间设有螺纹越程槽(32)。

5.权利要求1至4任一所述防松动高气密螺纹套管连接结构的使用方法，包括如下步骤：

第一步，将工厂端套管(1)与接箍(3)进行定扭矩旋紧并固定，形成牢固连接的一体化结构，确保两者之间的连接强度；

第二步，将油田端套管(2)旋入接箍(3)的另一端，用扭矩扳手夹持油田端套管(2)并旋紧，注意观察扭矩扳手所显示扭矩的大小，当扭矩值达到设计的标准值后，就表示工厂端套管(1)与油田端套管(2)之间已形成过盈密封对接面，已满足高密封对接要求；

第三步，在以后使用过程中，当油田端套管(2)拆除后需要重新旋接时，只要将油田端套管(2)旋入接箍(3)中，用扭矩扳手旋紧油田端套管(2)，当扭矩扳手的扭矩达到标准值，即说明工厂端套管(1)与油田端套管(2)之间产生的密封过盈量已达到预定值。