CN102587844B - 特殊圆螺纹管接头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特殊圆螺纹管接头，包括通过螺纹连接的接箍及管体，螺纹的牙型为带有圆弧齿顶及圆弧齿底的特殊圆螺纹，其导向面牙侧角与承载面牙侧角不同；接箍内壁的中部设置有中间柱面，中间柱面的两端面与管体的端部之间分别设置有金属密封结构，金属密封结构包括内密封面及外密封面；内密封面包括设置在中间柱面端面与接箍内螺纹端部之间的内圆锥倒角面、内圆锥面及过渡锥面，中间柱面的端面向外部倾斜形成内端面倒角；外密封面包括设置在管体端部外壁上的外圆锥面及外圆锥倒角面，管体端部的端面向内倾斜形成外端面倒角。本发明采用非对称的特殊圆螺纹，且设置有金属密封结构，强度高，密封性能好，抗扭矩性能和抗弯曲能力高。

Description

特殊圆螺纹管接头

技术领域

本发明涉及应用于石油行业的油井管螺纹接头，具体地说是一种特殊圆螺纹管接头。

背景技术

油井管行业中的油套管主要是通过螺纹接头连接起来，形成油套管柱，长度达到数千米，其中螺纹接头连接的强度要求、密封性能，拉伸载荷及抗扭矩性能等各方面的要求较高。

目前，现有的油套管圆螺纹连接的结构基本上都是API（美国石油学会）标准圆螺纹，技术比较成熟，但使用效果不够理想。这种标准圆螺纹接头的密封面性能差，抗弯曲能力弱，往往导致在螺纹连接部位发生泄露、断裂、滑脱等质量事故。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种特殊圆螺纹管接头，该接头连接强度高，密封性能好，抗弯曲能力强，入扣性能好。

按照本发明的技术方案：一种特殊圆螺纹管接头，包括通过螺纹连接的接箍及管体，所述螺纹的牙型为带有圆弧齿顶及圆弧齿底的特殊圆螺纹，其导向面牙侧角为40°~50°，其承载面牙侧角为1°~5°，其锥度为1:8~1:20；所述接箍内壁的轴向中部设置有环状的中间柱面，所述中间柱面的两端面与所述管体的端部之间分别设置有金属密封结构，所述金属密封结构包括设置在所述接箍上的内密封面及设置在所述管体上的外密封面；所述内密封面包括设置在所述中间柱面端面与所述接箍内螺纹端部之间的内圆锥倒角面、内圆锥面及过渡锥面，所述中间柱面的端面向外部倾斜形成内端面倒角；所述外密封面包括设置在所述管体端部外壁上的外圆锥面及外圆锥倒角面，所述管体端部的端面向内倾斜形成外端面倒角。

所述内端面倒角的值为10°~35°，所述外端面倒角比所述内端面倒角的值小0~2°；所述内圆锥倒角面的内圆锥倒角为10°~30°，所述外圆锥倒角面的外圆锥倒角比所述内圆锥倒角小0~2°。

所述内圆锥面的锥度与所述螺纹的锥度相同，所述过渡锥面的锥度大于所述螺纹的锥度，所述中间柱面的端面与所述内圆锥倒角面之间设置有内端面圆弧；所述外圆锥面的锥度与所述螺纹的锥度相同，并且所述外圆锥面的表面低于所述螺纹的齿底圆锥母线，所述外端面倒角与所述外圆锥倒角面之间设置有外端面圆弧。

所述内端面圆弧的半径为0.2~1mm，所述外端面圆弧的半径比所述内端面圆弧的半径大0~0.5mm。

所述外密封面的外圆锥面长度为5~20mm，所述内密封面的长度比所述外圆锥面的长度长半个螺距；所述外圆锥倒角面的长度为2~6mm，所述内圆锥倒角面的长度与所述外圆锥倒角面的长度相等。

所述内密封面的厚度为3~10mm，所述外密封面的厚度与所述内密封面的厚度相等。

所述管体端部的内壁上设置有内圆柱面，所述内圆柱面通过过渡锥面与所述管体的内孔相连。

所述内圆柱面的长度为0~20mm，所述过渡平面的长度为0~15mm。

所述螺纹的螺距为6.5牙/英寸~4牙/英寸，其牙型齿高为1.5~2. 5mm。

所述螺纹的齿底圆弧及齿顶圆弧的半径为0.20~1.0mm。

本发明的技术效果在于：本发明采用非对称的特殊圆螺纹，牙型的导向面牙侧角比标准圆螺纹大，螺纹的入扣性能好，在机紧时不易错扣；牙型的承载面牙侧角形成倒钩，提高了螺纹的连接强度，增加了牙型密封性能，同时提高了接头的抗弯曲能力，使其抗泄露性能大大增加；在接箍与管体之间增加了一个金属密封结构，使其在过盈配合后能够有效提高抗扭矩性能和密封性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明分解后的结构示意图。

图3为本发明中的螺纹牙型图。

图4为本发明中的内密封面的放大图。

图5为本发明中的外密封面的放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

图1~图5中，包括接箍1、管体2、管体3、螺纹4、牙型齿高5、导向面牙侧角6、承载面牙侧角7、齿底圆弧8、齿顶圆弧9、锥度10、螺距11、牙型角12、外圆锥面13、内密封面长度14、外密封面厚度15、内密封面厚度16、外端面圆弧17、内端面圆弧18、外端面倒角19、内端面倒角20、内圆柱面21、过渡锥面22、内圆锥面23、过渡锥面24、内密封面25、外密封面26、中径线27、内台阶孔柱面28、中间柱面29、内圆锥倒角面30、外圆锥倒角面31、内圆锥倒角32、外圆锥倒角33等。

如图1、图2所示，本发明是一种特殊圆螺纹管接头，包括通过螺纹4连接的接箍1及管体2、3。接箍1和管体2是以虚拟的中径线27为基准进行紧密配合，达到管体2与管体3通过接箍1进行若干连接形成油、套管柱满足油气田生产使用要求。

本发明中的螺纹4的牙型为带有圆弧齿顶及圆弧齿底的特殊圆螺纹，由对称的牙型改为偏向承载面的非对称牙型。如图3所示，螺纹4的导向面牙侧角6为40°~50°，其承载面牙侧角7为1°~5°，牙型角12的范围为导向面牙侧角6与承载面牙侧角7之差。

螺纹4的锥度10为1:8~1:20；螺距11为6.5牙/英寸~4牙/英寸（25.4 mm）；牙型齿高5为1.5~2.5mm。

螺纹4的齿底圆弧8及齿顶圆弧9的半径为0.20~1.0mm。

再参见图1及图2，在接箍1内壁的轴向中部设置有环状的中间柱面29，中间柱面29的两端面与管体2、3的端部之间分别设置有金属密封结构。金属密封结构包括设置在接箍1上的内密封面25及设置在管体2、3上的外密封面26。

如图4所示，内密封面25包括设置在中间柱面29端面与接箍1内螺纹端部之间的内圆锥倒角面30、内圆锥面23及过渡锥面24。内圆锥面23的锥度与螺纹4的锥度相同，过渡锥面24的锥度大于螺纹4的锥度，以达到其平滑过渡同时对外密封面26起到导向作用。内圆锥倒角面30的内圆锥倒角32为10°~30°中间柱面29的端面向外部倾斜形成内端面倒角20，内端面倒角20的值为10°~35°。中间柱面29的端面与内圆锥倒角面30之间设置有内端面圆弧18，内端面圆弧18的半径为0.2~1mm。内密封面25的长度14比外圆锥面13的长度长半个螺距11，内圆锥倒角面30的长度为2~6mm，内圆锥面23长度为5~15mm，过渡锥面24的长度为2~10mm，内密封面25的厚度16为3~10mm。

如图5所示，外密封面26包括设置在管体2、3端部外壁上的外圆锥面13及外圆锥倒角面31。外圆锥面13的锥度与螺纹4的锥度相同，并且外圆锥面13的表面低于螺纹4的齿底圆锥母线，这样就不会造成其表面触碰内螺纹齿顶，其尺寸控制在0.5~1.5mm。外圆锥倒角面31的外圆锥倒角33比内圆锥倒角32小0~2°。管体2、3端部的端面向内倾斜形成外端面倒角19，外端面倒角19比内端面倒角20的值小0~2°，这样能够满足多次机器拧接后其接触面依旧形成过盈配合起到密封作用同时起到高抗扭矩作用。外端面倒角19与外圆锥面13之间设置有外端面圆弧17，外端面圆弧17的半径比内端面圆弧18的半径大0~2mm，这样能够满足多次机器拧接后其接触面依旧形成过盈配合起到密封作用。外密封面26的外圆锥面13长度为5~20mm，外密封面26的厚度15与内密封面25的厚度16相等。管体端部的内壁上设置有内圆柱面21，内圆柱面21通过过渡锥面22与管体的内孔相连。内圆柱面21的长度为0~20mm，过渡平面22的长度为0~15mm。内圆柱面21和过渡平面22的长度可以根据管体2、3壁厚量来规定，使其能够在紧密配合后能够和内台阶孔柱面28保持同一个柱面平滑过渡即可。

本发明操作时，先将管体2的外螺纹先放入接箍1的内螺纹3~7扣后进行机器拧接。由于导向面牙侧角6坡度较大，放扣时在重力作用下入扣非常容易，不会造成内螺纹齿顶和外螺纹齿顶顶扣、造成错扣机紧现象。接箍1有内密封面25，当机器拧接过盈旋紧配合后具有较大的抗扭矩作用，机紧的位置和扭矩大小可以按照API标准圆螺纹上扣机紧相同或工艺文件另行规定，但是必须满足内密封面25和外密封面26以及内外螺纹4的紧密配合。同样的紧固方法，将接箍1和管体3以虚拟的中径线27为基准进行紧密配合，达到管体2与管体3通过接箍1进行若干连接形成油、套管柱满足油气田生产使用要求，在油田下井时将其一个个的连接件机紧连接形成数千米的油套管柱。

本发明采用非对称的特殊圆螺纹，牙型的导向面牙侧角比标准圆螺纹大，螺纹的入扣性能好，在机紧时不易错扣；牙型的承载面牙侧角形成倒钩，提高了螺纹的连接强度，增加了牙型密封性能，同时提高了接头的抗弯曲能力，使其抗泄露性能大大增加；在接箍与管体之间增加了一个金属密封结构，使其在过盈配合后能够有效提高抗扭矩性能和密封性能，密封结构端面增加了一个倒角面，提高了密封面过盈配合时的导向过渡作用；增加了接箍的总体长度，提高了接头的抗弯曲能力。

本发明加工简单方便，使用范围广，安全可靠；能够承受外界高强度复杂的力施加而不泄露或损坏，满足油田的使用要求。

Claims (1)

1.一种特殊圆螺纹管接头，包括通过螺纹（4）连接的接箍（1）及管体（2、3），其特征是：所述螺纹（4）的牙型为带有圆弧齿顶及圆弧齿底的特殊圆螺纹，其导向面牙侧角（6）为40°~50°，其承载面牙侧角（7）为1°~5°，其锥度（10）为1:8~1:20；所述接箍（1）内壁的轴向中部设置有环状的中间柱面（29），所述中间柱面（29）的两端面与所述管体（2、3）的端部之间分别设置有金属密封结构，所述金属密封结构包括设置在所述接箍（1）上的内密封面（25）及设置在所述管体（2、3）上的外密封面（26）；所述内密封面（25）包括设置在所述中间柱面（29）端面与所述接箍（1）内螺纹端部之间的内圆锥倒角面（30）、内圆锥面（23）及过渡锥面（24），所述中间柱面（29）的端面向外部倾斜形成内端面倒角（20）；所述外密封面（26）包括设置在所述管体（2、3）端部外壁上的外圆锥面（13）及外圆锥倒角面（31），所述管体（2、3）端部的端面向内倾斜形成外端面倒角（19）；

所述内端面倒角（20）的值为10°~35°，所述外端面倒角（19）比所述内端面倒角（20）的值小0~2°；所述内圆锥倒角面（30）的内圆锥倒角（32）为10°~30°，所述外圆锥倒角面（31）的外圆锥倒角（33）比所述内圆锥倒角（32）小0~2°；

所述内圆锥面（23）的锥度与所述螺纹（4）的锥度相同，所述过渡锥面（24）的锥度大于所述螺纹（4）的锥度，所述中间柱面（29）的端面与所述内圆锥倒角面（30）之间设置有内端面圆弧（18）；所述外圆锥面（13）的锥度与所述螺纹（4）的锥度相同，并且所述外圆锥面（13）的表面低于所述螺纹（4）的齿底圆锥母线，所述外端面倒角（19）与所述外圆锥倒角面（31）之间设置有外端面圆弧（17）；

所述内端面圆弧（18）的半径为0.2~1mm，所述外端面圆弧（17）的半径比所述内端面圆弧（18）的半径大0~0.5mm；

所述外密封面（26）的外圆锥面（13）长度为5~20mm，所述内密封面（25）的长度（14）比所述外圆锥面（13）的长度长半个螺距（11）；所述外圆锥倒角面（31）的长度为2~6mm，所述内圆锥倒角面（30）的长度与所述外圆锥倒角面（31）的长度相等；

所述内密封面（25）的厚度（16）为3~10mm，所述外密封面（26）的厚度（15）与所述内密封面（25）的厚度（16）相等；

所述管体（2、3）端部的内壁上设置有内圆柱面（21），所述内圆柱面（21）通过过渡锥面（22）与所述管体（2、3）的内孔相连；

所述内圆柱面（21）的长度为0~20mm，所述过渡锥面（22）的长度为0~15mm；

所述螺纹（4）的螺距（11）为6.5牙/英寸~4牙/英寸，其牙型齿高（5）为1.5~2. 5mm；

所述螺纹（4）的齿底圆弧（8）及齿顶圆弧（9）的半径为0.20~1.0mm。