CN102733763B - 高抗挤特殊螺纹套管连接接头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高抗挤特殊螺纹套管连接接头,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圆顶螺纹,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圆顶螺纹;内台阶柱面的两端面与管体的端部之间分别设置有内扭矩台肩及外扭矩台肩,内扭矩台肩的端面向内凹限形成内台肩角,外扭矩台肩的端面向外再由凸出形成外台肩角。本发明在标准偏梯形螺纹的端部增加了圆顶螺纹密封结构,同时又增加了一个金属与金属的台肩密封结构,增加了接头的连接强度,提高了抗挤压性能、密封性能、抗弯曲能力、抗压缩载荷能力和抗扭矩性能。

Description

高抗挤特殊螺纹套管连接接头
技术领域
本发明涉及应用于石油行业的油井管螺纹接头,具体地说是一种高抗挤特殊螺纹套管连接接头。
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,提供一种高抗挤特殊螺纹套管连接接头,该接头连接强度高,抗挤压性能高,密封性能和抗弯曲能力好,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:一种高抗挤特殊螺纹套管连接接头,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圆顶螺纹,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圆顶螺纹;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,所述内扭矩台肩的端面向内凹限形成内台肩角,所述内台肩角的一边与所述内圆顶螺纹的一边重合,所述外扭矩台肩的端面向外再由凸出形成外台肩角,所述外台肩角的一边与所述外圆顶螺纹的一边重合。
所述内圆顶螺纹及所述外圆顶螺纹的锥度、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0.75mm~1.30mm、牙型角为40°~60°、齿形牙宽为2.00mm~2.60mm、齿形槽宽为2.00mm~2.30mm。
所述内圆顶螺纹及所述外圆顶螺纹的齿形圆弧半径为0.50mm~1.50mm、平面过渡圆弧半径为0.30mm~0.50mm。
所述内圆顶螺纹与所述外圆顶螺纹的牙数为1~5牙。
所述内扭矩台肩的内台肩角为90°~150°,内台肩端部厚度为5.50mm~12.00mm ,内台肩顶点半径为0.50mm~2.00mm,内台肩角顶点至台肩平面厚度为齿底至内台肩平面厚度的1/2;所述外扭矩台肩的外台肩角值大于所述内台肩角 值0~2°,外台肩端部厚度与所述内台肩端部厚度相同,外台肩顶点半径大于所述内台肩顶点半径值为0~0.5mm,外台肩顶点至管体内壁厚度为齿顶至管体内壁厚度的1/2。
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圆顶螺纹密封结构,同时又增加了一个金属与金属的台肩密封结构,圆顶螺纹增加了接头的连接强度,提高了抗挤压性能、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。
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为本发明中的圆顶密封螺纹的牙型图。
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、内圆顶螺纹5、外圆顶螺纹6、内扭矩台肩7、外扭矩台肩8、中径线9、接箍内台肩平面10、锥度11、螺距12、齿高13、牙侧角14、齿形牙宽15、齿形槽宽16、齿形圆弧17、平面过渡圆弧18、齿底至内台肩平面厚度19、齿顶至管体内壁厚度20、内台肩端部厚度21、外台肩端部厚度22、内台肩顶点至台肩平面厚度23、外台肩顶点至管体内壁厚度24、内台肩顶点半径25、外台肩顶点半径26、内台肩角27、外台肩角28、管体29等。
如图1、图2所示,本发明是一种高抗挤特殊螺纹套管连接接头,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的后端设置有内圆顶螺纹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的前端设置有外圆顶螺纹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,内圆顶螺纹5与外圆顶螺纹6尺寸完全相同,公差不同以达到过渡配合效果。内圆顶螺纹5及外圆顶螺纹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,圆顶螺纹旋合时,在偏梯形螺纹的引导下旋合自如,不会发生任何干涉。内圆顶螺纹5及外圆顶螺纹6的齿高13为0.75mm~1.30mm、牙型角14为40°~60°、齿形牙宽15为2.00mm~2.60mm、齿形槽宽16为2.00mm~2.30mm。内圆顶螺纹5及外圆顶螺纹6的齿形圆弧17半径为0.50mm~1.50mm、平面过渡圆弧18半径为0.30mm~0.50mm。内圆顶螺纹5与外圆顶螺纹6的牙数为1~5牙。
在加工时,偏梯形螺纹向圆顶螺纹变形过渡时应平滑过渡,过渡面长度不能大于1个螺距,并且其外圆顶螺纹6的牙数总长度要比内圆顶螺纹5的牙数总长度大(0.3~1)个螺距的距离长度,最佳是0.5牙的距离,这样保证其配合时留有足够余量不会发生干涉。
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的端面向内凹限形成内台肩角27,内台肩角27的一边与内圆顶螺纹5的一边重合,外扭矩台肩8的端面向外再由凸出形成外台肩角28,外台肩角28的一边与外圆顶螺纹6的一边重合。
如图4所示,接箍1的内扭矩台肩7是由齿底至内台肩平面厚度19、内台肩端部厚度21、内台肩顶点至台肩平面厚度23、内台肩顶点半径25、内台肩角27等构成。齿底至内台肩平面厚度19为内台肩端部厚度21与齿高13的和,内台肩端部厚度21为5.50mm~12.00mm,内台肩角顶点至台肩平面厚度23为齿底至内台肩平面厚度19的1/2,内扭矩台肩7的内台肩角27为90°~150°,内台肩顶点半径25为0.50mm~2.00mm。
如图5所示,管体2、29的外扭矩台肩8是由齿顶至管体内壁厚度20、外台肩端部厚度22、外台肩顶点至管体内壁厚度24、外台肩顶点半径26、外台肩角28等构成。齿顶至管体内壁厚度20为外台肩端部厚度22与齿高13的和,齿顶至管体内壁厚度20与齿底至内台肩平面厚度19相同,是根据管体壁厚而定,但是不能够超过其相应的尺寸要求范围,配合时要求厚度相同,到达管体内壁和接箍台肩平面平齐。外台肩端部厚度22与内台肩端部厚度21相同,外台肩顶点至管体内壁厚度24为齿顶至管体内壁厚度20的1/2。外扭矩台肩8的外台肩角28值大于内台肩角27 值0~2°,以0.5°~1°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。外台肩顶点半径26大于内台肩顶点半径25值为0~0.5mm。
本发明操作时,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3~7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,其内圆顶螺纹5、外圆顶螺纹6达到了过渡配合状态形成一定的密封性,同时内扭矩台肩7与外扭矩台肩8形成过盈配合,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。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,但是必须满足内扭矩台肩7与外扭矩台肩8在机紧旋合后不得有任何间隙。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螺距小牙宽的圆顶螺纹密封结构,同时又增加了一个金属与金属的台肩密封结构,圆顶螺纹增加了接头的连接强度,提高了抗挤压性能、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。

Claims (1)

1.一种高抗挤特殊螺纹套管连接接头,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)的后端设置有内圆顶螺纹(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)的前端设置有外圆顶螺纹(6);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)的端面向内凹限形成内台肩角(27),所述内台肩角(27)的一边与所述内圆顶螺纹(5)的一边重合,所述外扭矩台肩(8)的端面向外再由凸出形成外台肩角(28),所述外台肩角(28)的一边与所述外圆顶螺纹(6)的一边重合;
所述内圆顶螺纹(5)及所述外圆顶螺纹(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0.75mm~1.30mm、牙型角(14)为40°~60°、齿形牙宽(15)为2.00mm~2.60mm、齿形槽宽(16)为2.00mm~2.30mm;
所述内圆顶螺纹(5)及所述外圆顶螺纹(6)的齿形圆弧(17)半径为0.50mm~1.50mm、平面过渡圆弧(18)半径为0.30mm~0.50mm;
所述内圆顶螺纹(5)与所述外圆顶螺纹(6)的牙数为1~5牙;
所述内扭矩台肩(7)的内台肩角(27)为90°~150°,内台肩端部厚度(21)为5.50mm~12.00mm ,内台肩顶点半径(25)为0.50mm~2.00mm,内台肩角顶点至台肩平面厚度(23)为齿底至内台肩平面厚度(19)的1/2;所述外扭矩台肩(8)的外台肩角(28)值大于所述内台肩角(27)值0~2°,外台肩端部厚度(22)与所述内台肩端部厚度(21)相同,外台肩顶点半径(26)大于所述内台肩顶点半径(25)值为0~0.5mm,外台肩顶点至管体内壁厚度(24)为齿顶至管体内壁厚度(20)的1/2。
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