CN102654036B

CN102654036B - 稠油热采井用特殊螺纹接头

Info

Publication number: CN102654036B
Application number: CN201210115159.9A
Authority: CN
Inventors: 潘志勇; 韩礼红; 王建军
Original assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Tubular Goods Research Institute
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Tubular Goods Research Institute
Priority date: 2012-04-18
Filing date: 2012-04-18
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2032-04-18
Also published as: CN102654036A

Abstract

本发明公开了一种稠油热采井用特殊螺纹接头，所述螺纹接头包括彼此啮合的外螺纹接头和内螺纹接头，外螺纹接头和内螺纹接头的螺纹段在API标准偏梯形螺纹的基础上作了改进，内螺纹接头的螺纹末端及所述外螺纹接头的端部各成型一台肩面，内螺纹接头的台肩面与外螺纹接头的台肩面形成卡合的配合结构，台肩面包括直角台肩面和不对称的V型台肩面，直角台肩面成型于螺纹接头的内壁处，并与螺纹接头的中心线垂直；V型台肩面包括彼此连接的台肩斜面I和台肩斜面II；本发明通过设置不对称的V型台肩面和直角台肩面，使其在高扭矩和大弯曲作用下，V型台肩面始终有一面保持紧密接触，提高了螺纹接头在高扭矩和大弯曲条件下稠油热采作业的安全可靠性。

Description

稠油热采井用特殊螺纹接头

技术领域

本发明涉及石油钻探、开发和生产技术领域，更具体地讲，涉及一种稠油热采井用特殊螺纹接头。

背景技术

由于API圆螺纹密封性能优良而偏梯形螺纹抗拉强度高，所以这两种螺纹接头被广泛使用。然而深井、超深井、大位移井、水平井以及高温高压气井等苛刻井中管柱受力复杂，螺纹接头要承受复杂的载荷，传统的API圆螺纹和偏梯形螺纹已不能满足其使用要求，性能优良的特殊螺纹接头开始被研究和应用。近年来，带密封面和平面台肩的特殊螺纹接头开始在稠油热采中使用，但由于高温及交变温度载荷的影响，螺纹接头泄漏、滑脱、损坏等现象仍然比较严重，管柱的损坏严重影响了油田的正常生产，而且造成了巨大的经济损失。稠油开采中螺纹接头发生的失效主要是材料在高温下发生蠕变以及蒸汽吞吐过程中的温度交变载荷造成的，另外高温高压蒸汽作用下螺纹接头内部过高的热应力也会对接头的密封完整性和结构完整性产生重要影响，所以稠油热采井用螺纹接头要求具有高的抗拉伸和抗压缩性能以及良好的密封性能。带密封面和平面台肩的特殊螺纹接头由于外螺纹密封面小端到台肩面距离短，在承受大的弯曲时一侧台肩面要承受很大的弯曲压应力，而另一侧台肩面的压应力变得很小甚至和外螺纹端面分离，所以大的扭矩会使接头在弯曲变形时使台肩面承受的应力严重不均进而导致台肩面发生损坏或密封性能降低甚至消失。

常规API偏梯形螺纹接头所受扭矩和径向过盈均需螺纹来承担，所以其抗扭矩和抗弯曲能力更是不足。所以，使用带密封面和平面台肩的特殊螺纹接头和常规API螺纹接头在稠油热采中使用时，接头的上扣扭矩不能很大，抗弯曲能力也非常有限。

发明内容

本发明目的是提供一种能够承受高扭矩和大弯曲的螺纹接头，提高螺纹接头在稠油热采作业中的安全可靠性。

为了解决稠油热采中螺纹接头不能承受高扭矩和大弯曲的问题，提高螺纹接头在稠油热采作业中的安全可靠性，本发明提供了一种稠油热采井用特殊螺纹接头，所述技术方案如下：

一种稠油热采井用特殊螺纹接头，所述螺纹接头包括彼此啮合的外螺纹接头和内螺纹接头，所述外螺纹接头和内螺纹接头的螺纹段在API标准偏梯形螺纹的基础上作了改进，所述内螺纹接头的螺纹末端及所述外螺纹接头的端部各成型一台肩面，所述内螺纹接头的台肩面与所述外螺纹接头的台肩面形成卡合的配合结构，所述台肩面包括直角台肩面和V型台肩面，所述直角台肩面成型于螺纹接头的内壁处，并与所述螺纹接头的中心线垂直；

所述的V型台肩面包括彼此连接的台肩斜面I和台肩斜面II；

所述台肩斜面I的起始点与所述直角台肩面的末端连接，其与所述螺纹接头中心线所呈夹角α为15～18°；

所述的台肩斜面I与台肩斜面II通过过渡圆弧连接，所述台肩斜面II与所述螺纹接头的中心线所呈夹角β为60～63°。

优选地，所述直角台肩面沿所述螺纹接头的径向高度为2～3mm。

进一步地，所述外螺纹接头的过渡圆弧半径为0.6～0.8mm，所述内螺纹接头的过渡圆弧半径为0.3～0.5mm。

进一步，所述内螺纹接头最末端的一牙完整螺纹至其所述台肩面之间成型有螺纹消失段，所述螺纹消失段为所述内螺纹接头内壁的延伸面；

所述外螺纹接头的端部外圆周处成型一外螺纹端部锥面，所述外螺纹端部锥面平行于其外螺纹的齿顶面且偏向所述外螺纹接头的中心线，所述外螺纹端部锥面与其螺纹部分圆弧过渡；

所述螺纹消失段与所述外螺纹端部锥面之间形成一环隙。

优选地，所述环隙的间距为0.3～0.5mm。

最优选，所述的偏梯形螺纹包括螺纹导向面和螺纹承载面，所述的螺纹导向面与垂直于所述螺纹接头中心线的平面夹角γ为7.5～8°，所述螺纹承载面与垂直于所述螺纹接头中心线的平面夹角θ为1.5～2°。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

A.本发明通过在台肩面上成型不对称的V型台肩面和直角台肩面，螺纹上扣后，在高扭矩和大弯曲作用下，不对称的V型台肩面始终有一面保持紧密接触，台肩面处外螺纹接头的内表面和内螺纹接头的内表面始终保持在同一曲面内，大大降低了台肩处由于几何差异发生缝隙腐蚀的可能性，综合考虑螺纹接头在高扭矩、大弯曲、大的轴向拉伸力或压缩力下的变形形式，在保证整体协调一致的同时，其密封性能优良，提高了螺纹接头在高扭矩和大弯曲条件下稠油热采的安全可靠性。

B.对现有的API标准偏梯形螺纹进行了改进，现有的螺纹导向面与垂直于螺纹接头中心线的平面夹角倾角为10°，螺纹承载面与垂直于所述螺纹接头中心线的平面夹角为3°，而本发明所采用的螺纹导向面倾角γ为7.5～8°，螺纹承载面倾角θ为1.5～2°，螺纹导向面倾角减小后，其螺纹牙能承担更多的轴向压力，螺纹承载面倾角减小后，其螺纹牙能分担更多的轴向拉伸力，因此可以在高抗扭和高抗弯曲的情况下使用本发明。

C.本发明取消了传统特殊螺纹接头的主密封面，使加工更加简单，生产成本更低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的稠油热采井用特殊螺纹接头结构示意图；

图2为图1中的外螺纹接头台肩处的放大示意图；

图3为图1中的内螺纹接头台肩处的放大示意图。

其中：

1-内螺纹接头，11-螺纹消失段，12-内螺纹接头过渡圆弧，13-最末端完整螺纹；

2-V型台肩面，21-台肩斜面I；22-直角台肩面；23-台肩斜面II；

3-外螺纹接头，31-外螺纹端部锥面，32-外螺纹接头过渡圆弧；

4-螺纹导向面；5-螺纹承载面，6-环隙。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图1、图2和图3所示，本发明所提供的一种稠油热采井用特殊螺纹接头，螺纹接头包括彼此啮合的外螺纹接头3和内螺纹接头1，外螺纹接头3和内螺纹接头1的螺纹段在API标准偏梯形螺纹的基础上作了改进，内螺纹接头1的螺纹末端及外螺纹接头3的端部各成型一台肩面，内螺纹接头1的台肩面与外螺纹接头3的台肩面形成卡合的配合结构，其中的台肩面包括直角台肩面22和V型台肩面2，直角台肩面22成型于螺纹接头的内壁处，并与螺纹接头的中心线垂直；V型台肩面2包括彼此连接的台肩斜面I 21和台肩斜面II 23；

台肩斜面I 21的起始点与直角台肩面22的末端连接，台肩斜面I 21与螺纹接头中心线所呈夹角α为15～18°；台肩斜面I 21与台肩斜面II 23通过过渡圆弧连接，台肩斜面II 23与螺纹接头的中心线所呈夹角β为60～63°，如图2所示。

直角台肩面22沿螺纹接头的径向高度为2～3mm，外螺纹接头过渡圆弧32半径为0.6～0.8mm，内螺纹接头过渡圆弧12半径为0.3～0.5mm。

内螺纹接头1最末端完整螺纹13至其台肩面之间成型有螺纹消失段11，螺纹消失段11为内螺纹接头1内壁的延伸面；

外螺纹接头3的端部外圆周处成型一外螺纹端部锥面31，外螺纹端部锥面31平行于其外螺纹的齿顶面且偏向外螺纹接头3的中心线，外螺纹端部锥面31与其螺纹部分圆弧过渡；在螺纹消失段11与外螺纹端部锥面31之间形成一环隙6，环隙的间距优选为0.3～0.5mm。

偏梯形螺纹包括螺纹导向面4和螺纹承载面5，螺纹导向面4与垂直于螺纹接头中心线的平面夹角γ为7.5～8°，螺纹承载面5与垂直于螺纹接头中心线的平面夹角θ为1.5～2°，其它螺纹参数与API偏梯形螺纹参数相同。外螺纹直角台肩面与不对称V型台肩面和内螺纹直角台肩面与不对称V型台肩面成对应配合结构，上扣到预定位置后，两台肩面卡合在一起，并产生一定的接触应力。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种稠油热采井用特殊螺纹接头,所述螺纹接头包括彼此啮合的外螺纹接头和内螺纹接头，所述外螺纹接头和内螺纹接头的螺纹段均为偏梯形螺纹，所述内螺纹接头的螺纹末端及所述外螺纹接头的端部各成型一台肩面，所述内螺纹接头的台肩面与所述外螺纹接头的台肩面形成卡合的配合结构，其特征在于，

所述台肩面包括直角台肩面和V型台肩面，所述直角台肩面成型于螺纹接头的内壁处，并与所述螺纹接头的中心线垂直；

所述的V型台肩面包括彼此连接的台肩斜面Ⅰ和台肩斜面Ⅱ；

所述台肩斜面Ⅰ的起始点与所述直角台肩面的末端连接，其与所述螺纹接头中心线所呈夹角α为15～18°；

所述的台肩斜面Ⅰ与台肩斜面Ⅱ通过过渡圆弧连接，所述台肩斜面Ⅱ与所述螺纹接头的中心线所呈夹角β为60～63°。

2.根据权利要求1所述的稠油热采井用特殊螺纹接头，其特征在于，

所述直角台肩面沿所述螺纹接头的径向高度为2～3mm。

3.根据权利要求2所述的稠油热采井用特殊螺纹接头，其特征在于，

所述外螺纹接头V型台肩的过渡圆弧半径为0.6～0.8mm，所述内螺纹接头V型台肩的过渡圆弧半径为0.3～0.5mm。

4.根据权利要求1-3任一所述的稠油热采井用特殊螺纹接头，其特征在于，

所述内螺纹接头最末端的一牙完整螺纹至其所述台肩面之间成型有螺纹消失段，所述螺纹消失段为所述内螺纹接头内壁的延伸面；

所述螺纹消失段与所述外螺纹端部锥面之间形成一环隙。

5.根据权利要求4所述的稠油热采井用特殊螺纹接头，其特征在于，

所述环隙的间距为0.3～0.5mm。

6.根据权利要求4所述的稠油热采井用特殊螺纹接头，其特征在于，

所述的偏梯形螺纹包括螺纹导向面和螺纹承载面，所述的螺纹导向面与垂直于所述螺纹接头中心线的平面夹角γ为7.5～8°，所述螺纹承载面与垂直于所述螺纹接头中心线的平面夹角θ为1.5～2°。