CN102678071A - 高密封特殊偏梯形螺纹套管连接接头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高密封特殊偏梯形螺纹套管连接接头，包括通过螺纹连接的接箍及管体，接箍内壁的中部设置有内台阶柱面；接箍的两端加工有标准偏梯形内螺纹，偏梯形内螺纹的后端设置有内密封螺纹，管体端部加工有标准偏梯形外螺纹，偏梯形外螺纹的前端设置有外密封螺纹，内密封螺纹与外密封螺纹采用大圆弧牙顶齿形螺纹；内台阶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扭矩台肩及外扭矩台肩。本发明在标准偏梯形螺纹的端部增加了大圆弧牙顶齿形螺纹密封结构及台肩密封结构，增加了接头的连接强度、密封性能、抗弯曲能力、抗压缩载荷能力和抗扭矩性能。

Description

高密封特殊偏梯形螺纹套管连接接头

技术领域

本发明涉及应用于石油行业的油井管螺纹接头，具体地说是一种高密封特殊偏梯形螺纹套管连接接头。

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，其中螺纹接头的连接强度、密封性能、抗弯曲能力、抗扭矩性能及拉伸载荷等性能的优劣直接影响着油井管的连接质量。不同的地质结构需要不同的螺纹连接形式的油井管，以满足使用要求。

随着油田开采的不断发展，对油井管螺纹接头的要求越来越严格，特别是对油井管的相关主要性能指标要求越来越高。现有的API（美国石油学会）偏梯形螺纹接头，存在抗扭矩性能较弱，连接强度低，密封性能差，抗挤毁能力差等不足。世界各油井管加工企业对螺纹接头不断地创新，出现了不同的螺纹结构连接形式，但是还是不能够满足油田开采的使用要求。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种高密封特殊偏梯形螺纹套管连接接头，该接头连接强度高，密封性能好，抗压缩载荷能强，同时抗扭矩性能高。

按照本发明的技术方案：一种高密封特殊偏梯形螺纹套管连接接头，包括通过螺纹连接的接箍及管体，所述接箍内壁的轴向中部设置有环状的内台阶柱面；所述接箍的两端加工有标准偏梯形内螺纹，所述偏梯形内螺纹靠近所述内台阶柱面的后端设置有内密封螺纹，所述管体端部的外壁上加工有标准偏梯形外螺纹，所述偏梯形外螺纹的前端设置有外密封螺纹，所述内密封螺纹与所述外密封螺纹采用大圆弧牙顶齿形螺纹；所述内台阶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扭矩台肩及设置在所述管体上的外扭矩台肩，所述内扭矩台肩向外部倾斜形成内台肩角度，所述外扭矩台肩向内倾斜形成外台肩角度。

所述内密封螺纹及所述外密封螺纹的锥度、螺距与所述偏梯形内螺纹及所述偏梯形外螺纹的锥度、螺距相同，其齿高为0.68mm~1.30mm、牙型角为40°、齿底宽为2.40mm~2.55mm、齿槽宽16为2.06mm~2.20mm。

所述内密封螺纹及所述外密封螺纹的齿顶圆弧半径为0.5mm~1.6mm、齿底圆弧半径为0.35mm~0.45mm。

所述内密封螺纹与所述外密封螺纹的牙数为1~5牙。

所述内扭矩台肩的内密封面长度为5~12mm，其表面锥度为1:10~1:16、内台肩厚度为4~10mm、内顶点圆弧半径为0.5~1.5mm、内台肩角度为15°~30°；所述外扭矩台肩的外密封面长度大于所述内密封面长度半个螺距，表面锥度相同，外台肩厚度与内台肩厚度相同，外顶点圆弧半径大于所述内顶点圆弧半径0~0.3mm，外台肩角度值小于所述内台肩角度 值0~1°。

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5~15mm。

本发明的技术效果在于：本发明在标准偏梯形螺纹的端部增加了大圆弧牙顶齿形螺纹密封结构，同时又增加了一个金属与金属的台肩密封结构，大圆弧牙顶齿形螺纹增加了接头的连接强度、密封性能和抗弯曲能力，台肩密封结构大大增加了其抗压缩载荷能力和抗扭矩性能；采用了双密封的结构提高了接头在高复合力施加情况下的承载性能。

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为本发明中的密封螺纹的牙型图。

图4为本发明中的内扭矩台肩的放大图。

图5为本发明中的外扭矩台肩的放大图。

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、内螺纹3、外螺纹4、内密封螺纹5、外密封螺纹6、内扭矩台肩7、外扭矩台肩8、中径线9、内台阶柱面10、锥度11、螺距12、齿高13、牙型角14、齿底宽15、齿槽宽16、齿顶圆弧17、齿底圆弧18、内密封面长度19、外密封面长度20、内台肩厚度21、外台肩厚度22、内顶点圆弧23、内台肩角度24、外顶点圆弧25、外台肩角度26、内圆柱面27、过渡锥面28、管体29等。

如图1、图2所示，本发明是一种高密封特殊偏梯形螺纹套管连接接头，包括通过螺纹连接的接箍1及管体2、29，接箍1和管体2、29是以虚拟的中径线9为基准，以内外螺纹进行旋合，以管体2与管体29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。

接箍1内壁的轴向中部设置有环状的内台阶柱面10。内台阶柱面10的长度范围是50~200mm，可增加接头的连接强度和抗弯曲能力。

接箍1的两端加工有标准偏梯形内螺纹3，偏梯形内螺纹3靠近内台阶柱面10的后端设置有内密封螺纹5。管体2、29端部的外壁上加工有标准偏梯形外螺纹4，偏梯形外螺纹4的前端设置有外密封螺纹6。偏梯形内螺纹3与偏梯形外螺纹4采用API标准。

如图3所示，内密封螺纹5与外密封螺纹6尺寸完全相同以达到过渡配合效果，并且均采用大圆弧牙顶齿形螺纹。内密封螺纹5及外密封螺纹6的锥度11、螺距12与偏梯形内螺纹3及偏梯形外螺纹4的锥度、螺距相同，大圆弧牙顶齿形螺纹旋合时，在偏梯形螺纹的引导下旋合自如，不会发生任何干涉。内密封螺纹5及外密封螺纹6的齿高13为0.68mm~1.30mm、牙型角14为40°、齿底宽15为2.40mm~2.55mm、齿槽宽16为2.06mm~2.20mm。内密封螺纹5及外密封螺纹6的齿顶圆弧17半径为0.5mm~1.6mm、齿底圆弧18半径为0.35mm~0.45mm，齿顶圆弧17半径以1.0mm为最佳。内密封螺纹5与外密封螺纹6的牙数为1~5牙。

在加工时，偏梯形螺纹向圆弧齿顶螺纹过渡变形时应平滑过渡，过渡面长度不能超过1个螺距的长度。偏梯形螺纹与圆弧齿顶螺纹的总长度可以通过减少或增加偏梯形螺纹牙数，也可通过减少或增加圆弧齿顶螺纹牙数来满足管体2、29端部加工的总长度要求，但其增加或减少的牙数不能超过4牙，其接箍1螺纹的加工相同。

再参见图1及图2，在接箍1内台阶柱面10的两端面与管体2、29的端部之间还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上的内扭矩台肩7及设置在管体2、29上的外扭矩台肩8，内扭矩台肩7向外部倾斜形成内台肩角度24，外扭矩台肩8向内倾斜形成外台肩角度26。

如图4所示，接箍1的内扭矩台肩7由内密封面长度19、内台肩厚度21、内顶点圆弧23、内台肩角度24等构成。内密封面长度19为5~12mm，其表面锥度为1:10~1:16、内台肩厚度21为4~10mm、内顶点圆弧23半径为0.5~1.5mm、内台肩角度24为15°~30°；

如图5所示，管体2、29的外扭矩台肩8是由外密封面长度20、外台肩厚度22、外顶点圆弧24、外台肩角度26、内圆柱面27、过渡锥面28等构成。外扭矩台肩8的外密封面长度20大于内密封面长度19半个螺距，表面锥度相同，以满足内密封螺纹5与外密封螺纹6尺寸在大扭矩下的紧密配合不发生干涉。外台肩厚度22与内台肩厚度21相同，以满足其紧密配合后在同一个平面，不会造成油气在管体内紊流现象，达到平滑顺利通过。外顶点圆弧24半径大于内顶点圆弧23半径0~0.3mm，以满足内、外台肩在机紧情况下，内外顶点圆弧配合时造成的塑性变形状态下达到过渡配合或过盈配合状态。外台肩角度26值小于内台肩角度24 值0~1°，以0.5°最佳，满足内、外台肩在机紧情况下造成的塑性变形状态下达到过渡配合或过盈配合状态。

在管体2、29端部的内壁上设置有内圆柱面27，内圆柱面27通过过渡锥面28与管体2、29的内孔相连，内圆柱面27的长度为5~15mm，过渡锥面28的长度不作要求。内圆柱面27的长度和过渡锥面28的长度可以根据管体2、29的壁厚来规定，使其能够在紧密配合后能够和内台阶柱面10保持在同一个平面并平滑过渡即可。

本发明操作时，先将管体2上外螺纹表面均匀涂抹一层螺纹脂，将接箍1的任意一端先套入管体2上，套入时应将接箍1的内螺纹与管体2的外螺纹先套入3~5扣，套扣时应轻缓将内外螺纹对扣然后人力旋入，以人力旋合不动时为止，将已经手紧旋合在一起的接箍1和管体2用石油管道拧接机器进行进一步的机器拧接达到机器拧接时的过盈配合状态。

当接箍1与管体2在机器拧接过盈旋紧配合后，其内密封螺纹5、外密封螺纹6达到了过渡配合状态形成一定的密封性，同时内台肩厚度21与外台肩厚度22达到了过盈配合，大大增加了其高抗扭矩性能和压缩载荷能力及拉伸载荷的能力。同时内密封面长度18与外密封面长度19两者的外径形成径向过盈配合，大大增加其配合的密封性能。机紧的位置和扭矩大小可以按照API标准操作或工艺文件另行规定，但是必须满足内台肩厚度21与外台肩厚度22在机紧旋合后不得有任何缝隙。同样的紧固方法将其接箍1和管体29以虚拟的中径线9为基准进行紧密旋合，达到管体29与管体2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。

本发明在标准偏梯形螺纹的端部增加了大圆弧牙顶齿形螺纹密封结构，同时又增加了一个金属与金属的台肩密封结构，大圆弧牙顶齿形螺纹增加了接头的连接强度、密封性能和抗弯曲能力，台肩密封结构大大增加了其抗压缩载荷能力和抗扭矩性能；采用了双密封的结构提高了接头在高复合力施加情况下的承载性能。本发明非常适合深/超深井、中/高压油、气井使用。

Claims (6)

1.一种高密封特殊偏梯形螺纹套管连接接头，包括通过螺纹连接的接箍（1）及管体（2、29），所述接箍（1）内壁的轴向中部设置有环状的内台阶柱面（10）；其特征是：所述接箍（1）的两端加工有标准偏梯形内螺纹（3），所述偏梯形内螺纹（3）靠近所述内台阶柱面（10）的后端设置有内密封螺纹（5），所述管体（2、29）端部的外壁上加工有标准偏梯形外螺纹（4），所述偏梯形外螺纹（4）的前端设置有外密封螺纹（6），所述内密封螺纹（5）与所述外密封螺纹（6）采用大圆弧牙顶齿形螺纹；所述内台阶柱面（10）的两端面与所述管体（2、29）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）上的内扭矩台肩（7）及设置在所述管体（2、29）上的外扭矩台肩（8），所述内扭矩台肩（7）向外部倾斜形成内台肩角度（24），所述外扭矩台肩（8）向内倾斜形成外台肩角度（26）。

2.按照权利要求1所述的高密封特殊偏梯形螺纹套管连接接头，其特征是：所述内密封螺纹（5）及所述外密封螺纹（6）的锥度（11）、螺距（12）与所述偏梯形内螺纹（3）及所述偏梯形外螺纹（4）的锥度、螺距相同，其齿高（13）为0.68mm~1.30mm、牙型角（14）为40°、齿底宽（15）为2.40mm~2.55mm、齿槽宽（16）为2.06mm~2.20mm。

3.按照权利要求2所述的高密封特殊偏梯形螺纹套管连接接头，其特征是：所述内密封螺纹（5）及所述外密封螺纹（6）的齿顶圆弧（17）半径为0.5mm~1.6mm、齿底圆弧（18）半径为0.35mm~0.45mm。

4.按照权利要求1所述的高密封特殊偏梯形螺纹套管连接接头，其特征是：所述内密封螺纹（5）与所述外密封螺纹（6）的牙数为1~5牙。

5.按照权利要求1所述的高密封特殊偏梯形螺纹套管连接接头，其特征是：所述内扭矩台肩（7）的内密封面长度（19）为5~12mm，其表面锥度为1:10~1:16、内台肩厚度（21）为4~10mm、内顶点圆弧（23）半径为0.5~1.5mm、内台肩角度（24）为15°~30°；所述外扭矩台肩（8）的外密封面长度（20）大于所述内密封面长度（19）半个螺距，表面锥度相同，外台肩厚度（22）与内台肩厚度（21）相同，外顶点圆弧（24）半径大于所述内顶点圆弧（23）半径0~0.3mm，外台肩角度（26）值小于所述内台肩角度（24） 值0~1°。

6.按照权利要求1所述的高密封特殊偏梯形螺纹套管连接接头，其特征是：所述管体（2、29）端部的内壁上设置有内圆柱面（27），所述内圆柱面（27）通过过渡锥面（28）与所述管体（2、29）的内孔相连，所述内圆柱面（27）的长度为5~15mm。

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