CN102817562B - 套管接头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种套管接头，属于地下储气库领域。该套管接头包括第一套管端和第二套管端及台肩环，台肩环包括端面，台肩环外包括外锥面及外表面，外表面与外锥面之间形成有阶梯面，阶梯面为内凹的球形面；第一套管端包括向外凸起的球形面的第一台肩面、内锥面密封面及管端内壁，管端内壁和内锥面密封面之间形成第二台肩面；阶梯面顶抵在第一台肩面上，端面抵顶于第二台肩面，外锥面与内锥面密封面相互抵顶配合；通过在第一套管端的内、外周面形成密封，提高本发明的套管接头的抵抗变形的能力及密封性能；此外，第一台肩面和阶梯面，既能承受大的轴向拉伸和压缩载荷，又可保证了弯曲时的密封能力，能保证储气库注气和采气作业的安全可靠性。

Description

套管接头

技术领域

本发明涉及地下储气库领域，特别涉及一种用于地下储气库的套管柱的套管接头。

背景技术

套管柱是天然气勘探开发中的重要组成部分，对地下储气库井的建设有重要作用。套管柱是由一根根的套管连接起来的长达数千米的高压容器，相邻两个套管之间的螺纹连接处即为套管接头。近年来，世界各国地下储气库建设发展迅速，目前，全球已建成地下储气库600多座，建成储气库井2万多口，很多国家已进入地下储气库建设的高峰期。套管柱深入地下储气库内，进行频繁的注气和采气作业，且注气或采气时套管柱内气体流量大，压力高。此外，在注气过程中，地层压力的变化会使套管柱产生很大的轴向拉伸或压缩载荷，因此，对套管柱的套管接头的密封性能提出了很高的要求。普通的API圆螺纹或API偏梯形螺纹接头无法满足地下储气库套管柱在注气和采气过程中的密封性能的要求。

为了提高套管接头的气密性，目前，地下储气库用的套管接头主要采用一种特殊接头。这种特殊接头包括相互连接的第一管端和第二管端，其中第一管端设有与第二管端通过螺纹连接的接箍。其中，接箍和第二管端设有相互配合的主密封面和扭矩台肩。然而，由于螺纹锥度的存在，第二管端的端面处的套管壁厚很薄，接箍处的壁厚较厚，而与接箍连接的管体相对接箍薄弱。因此，套管柱内的高应力区在每一套管接头的第一管端及第二管端的螺纹处的内表面附近，并且从螺纹消失端到对应的第一管端和第二管端的端面的应力逐渐增大。由于高应力的影响，极易使第一管端和第二管端的内表面变形失效，进而造成主密封面的密封功能减弱或消失，甚至使套管柱发生泄漏事故。此外，由于第一管端和第二管端的端面处的套管壁很薄，因此扭矩台肩相应的也很窄。然而，过大的轴向压缩载荷极易使台肩接触面产生很大的接触应力，从而加剧第一管端和第二管端的端面处的内表面的变形和失效，而降低套管接头的密封性能。

发明内容

为了解决上述套管接头的气密性差的问题，本发明实施例提供了一种套管接头。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种套管接头，包括相互连接的第一套管端及第二套管端，其中，第一套管端设有外螺纹，第二套管端设有内螺纹，第一和第二套管端通过内外螺纹连接；套管接头还包括一个安装在第一套管端内的台肩环，台肩环设有一个呈平面的端面，台肩环外周面包括一段与端面连接的外锥面及外表面，外表面与外锥面之间形成有一个面向外锥面的阶梯面，阶梯面为内凹的球形面；第一套管端的端面设置为呈向外凸起的球形面的第一台肩面，第一套管端的内周面包括与第一台肩面连接的内锥面密封面及管端内壁，管端内壁和内锥面密封面之间形成一个面向内锥面密封面的第二台肩面；阶梯面可操作地顶抵在第一台肩面上，端面可操作地抵顶于第二台肩面，外锥面与内锥面密封面相互抵顶配合。

进一步地，套管接头还包括一个防腐环；内锥面密封面与第二台肩面的交接处凹陷形成一个防腐槽，防腐环卡置在防腐槽内，且端面通过防腐槽抵顶在第二台肩面上。

进一步地，防腐环的内径等于管端内壁处的内径。

进一步地，防腐环为铜质的，且防腐环的厚度为3~8mm。

进一步地，阶梯面的球冠底部所在的平面垂直于台肩环的中心线，端面垂直于台肩环的中心线。

进一步地，端面与阶梯面的球冠底部所在的平面之间的距离等于第一台肩面的球冠顶部所在的平面到第一套管端的外螺纹消失点处的距离的1/4~1/2。

进一步地，第二套管端内周面还包括与第二套管端的内螺纹连接的管体内表面；管体内表面凸设有一个球形密封面；第一套管端的外周面还设有与第一套管端的外螺纹连接的外锥面密封面，且球形密封面与外锥面密封面相互顶抵配合。

进一步地，套管接头还包括一个套置在外锥面密封面上的密封圈；管体内表面还设有一个密封槽，密封圈卡置在密封槽内。

进一步地，密封圈为非金属橡胶材料制成，密封圈的内表面为球面，且密封圈的厚度为4~7mm。

进一步地，台肩环的内周面包括一段连接端面的内锥面及与内锥面连接内表面，内表面与外表面平行。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：克服了现有套管接头的气密性差的问题。具体地，本发明的套管接头利用台肩环，使得第一套管端的内锥面密封面与台肩环的外锥面配合，在第一套管端的内周面形成锥面密封；再通过第二套管端的球形密封面和第一套管端的外锥面密封面，在第一套管端的外周面形成球面密封，使得本发明的套管接头的抵抗变形的能力及密封性能都大大提高了。此外，台肩环和第一套管端形成较宽的球形第一台肩面和球形阶梯面，既能承受大的轴向拉伸和压缩载荷，又可保证本发明的套管接头在发生弯曲时的密封能力，能保证地下储气库注气和采气作业过程中的安全可靠性。

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是本发明实施例提供的石油套管接头的结构示意图；

图2是图1中第一套管端的结构示意图；

图3是图1中台肩环的结构示意图；以及

图4是图1中的第二套管端的结构示意图。

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。

参见图1，本发明实施例提供了一种石油套管接头，其包括设有外螺纹的第一套管端1、设有内螺纹的第二套管端3及与第一套管端1相互顶抵安装的台肩环2。其中，第一套管端1和第二套管端3通过内外螺纹连接，其中，第一套管端1的外螺纹和第二套管端3的内螺纹均为API偏梯形螺纹，加工简单、方便，成本低。

请结合参见图2，第一套管端1的端面为第一台肩面11，且该第一台肩面11为向外凸起的球形面。第一套管端1的内周面包括与第一台肩面11连接的内锥面密封面12及管端内壁17。管端内壁17由内锥面密封面12远离第一台肩面11的一端凸起并延伸而成，从而管端内壁17和内锥面密封面12之间形成一个面向内锥面密封面12的第二台肩面14。优选地，在本实施方式中，内锥面密封面12与第二台肩面14的交接处凹陷形成一个防腐槽13；该防腐槽13内置有一个铜质的防腐环4，以改善流体状况和第二台肩面14处的受力。且该防腐环4的厚度为3~8mm，防腐环4的内径等于管端内壁17处的内径。第一套管端1的外周面还设有与第一套管端1的外螺纹连接的外锥面密封面15。优选地，第一套管端1进行了管端内加厚，加厚长度大于第一台肩面11至第一套管端1的外螺纹消失点的距离。

请结合参见图3，台肩环2包括有一个平面的端面23，且端面23可操作地顶抵在第二台肩面14上，优选地，在本实施方式中，端面23和第二台肩面14分别抵顶在防腐环4的两侧面上。台肩环2的内周面包括一段连接端面23的内锥面22及与内锥面22连接内表面21。内锥面22大端处的内径等于防腐环4的内径。台肩环2的外周面包括一段与端面23连接的外锥面24及与内表面21平行的外表面26。其中，外表面26距离台肩环2的轴线的距离大于外锥面24距离台肩环2的轴线的最大距离，从而使得外表面26与外锥面24之间形成有一个阶梯面25。阶梯面25为内凹的球形面，且可操作地与第一套管端1的第一台肩面11抵顶。优选地，阶梯面25的球冠底部所在的平面垂直于台肩环2的中心线，端面23垂直于台肩环2的中心线。优选地，端面23与阶梯面25的球冠底部所在的平面之间的距离等于第一套管端1的第一台肩面11的球冠顶部所在的平面到第一套管端1的外螺纹消失点处的距离的1/4~1/2。

请结合参见图4，第二套管端3的内周面还包括与第二套管端3的内螺纹连接的管体内表面33。管体内表面33还设有连接第二套管端3的内螺纹的退刀槽31和与退刀槽31连接的球形密封面32。其中，退刀槽31连接第二套管端3的内螺纹的消失处。球形密封面32由管体内表面33凸设而成。优选地，在本实施方式中，管体内表面33还设有一个密封槽34，其中，密封槽34与球形密封面32连接，且和退刀槽31的位置相对。密封槽34内置有一个密封圈5，密封圈5套置在第一套管端1的外锥面密封面15，以进一步增强了第一套管端1和第二套管端3的螺纹连接处的密封长久性。更优选地，该密封圈5为非金属橡胶材质，且该密封圈5的内表面为球面，密封圈5的厚度为4~7mm。

请再次结合参照图1，组装使用本发明的套管接头时，防腐环4安装在第一套管端1的防腐槽13内；台肩环2安装在第一套管端1内，且使台肩环2的端面23和第一套管端1的第二台肩面14均与防腐环4抵顶。此时，第一套管端1的第一台肩面11抵顶在台肩环2的阶梯面25上；第一套管端1的内锥面密封面12与台肩环2的外锥面24相互抵顶配合，以在第一套管端1的内周面形成锥面密封。密封圈5套在第一套管端1的外周。第二套管端2套接在第一套管端1的外周，且通过内外螺纹连接而固定在第一套管端1的外周面上。此时，第二套管端3的球形密封面32顶抵在第一套管端1的外锥面密封面15上，以在第一套管端1的外周面形成球面密封；调整密封圈5，使其卡合在第二套管端3的密封槽34，并紧箍在外锥面密封面15上，以加强第一套管端1的外周面的密封性能。台肩环2的外表面26与第二套管端3的管体内表面33之间形成一环隙，且该环隙间距为1～1.5mm。

由上述叙述可知：本发明的套管接头利用台肩环2，使得第一套管端1的内锥面密封面12与台肩环2的外锥面24配合，在第一套管端1的内周面形成锥面密封；再通过第二套管端3的球形密封面32和第一套管端1的外锥面密封面15，在第一套管端1的外周面形成球面密封，使得本发明的套管接头的抵抗变形的能力及密封性能都大大提高了。此外，台肩环2和第一套管端1形成较宽的球形第一台肩面11和球形阶梯面25，既能承受大的轴向拉伸和压缩载荷，又可保证本发明的套管接头在发生弯曲时的密封能力，能保证地下储气库注气和采气作业过程中的安全可靠性。

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 (10)

1.一种套管接头，包括相互连接的第一套管端（1）及第二套管端（3），其中，所述第一套管端（1）设有外螺纹，所述第二套管端（3）设有内螺纹，所述第一和第二套管端（1、3）通过内外螺纹连接；

其特征在于，所述套管接头还包括一个安装在所述第一套管端（1）内的台肩环（2），所述台肩环（2）设有一个呈平面的端面（23），所述台肩环（2）外周面包括一段外锥面（24）及外表面（26），所述外锥面（24）与所述端面（23）连接，所述外表面（26）与所述外锥面（24）之间形成有一个面向所述外锥面（24）的阶梯面（25），所述阶梯面（25）为内凹的球形面；

所述第一套管端（1）的端面设置为呈向外凸起的球形面的第一台肩面（11），所述第一套管端（1）的内周面包括内锥面密封面（12）及管端内壁（17），所述内锥面密封面（12）与所述第一台肩面（11）连接，所述管端内壁（17）和所述内锥面密封面（12）之间形成一个面向所述内锥面密封面（12）的第二台肩面（14）；

所述阶梯面（25）可操作地顶抵在所述第一台肩面（11）上，所述端面（23）可操作地抵顶于所述第二台肩面（14），所述外锥面（24）与所述内锥面密封面（12）相互抵顶配合。

2.根据权利要求1所述的套管接头，其特征在于，所述的套管接头还包括一个防腐环（4）；所述内锥面密封面（12）与所述第二台肩面（14）的交接处凹陷形成一个防腐槽（13），所述防腐环（4）卡置在所述防腐槽（13）内，且所述端面（23）通过所述防腐槽（13）抵顶在所述第二台肩面（14）上。

3.根据权利要求2所述的套管接头，其特征在于，所述防腐环（4）的内径等于所述管端内壁（17）处的内径。

4.根据权利要求2所述的套管接头，其特征在于，所述防腐环（4）为铜质的，且所述防腐环（4）的厚度为3～8mm。

5.根据权利要求1所述的套管接头，其特征在于，所述阶梯面（25）的球冠底部所在的平面垂直于所述台肩环（2）的中心线，所述端面（23）垂直于所述台肩环（2）的中心线。

6.根据权利要求1所述的套管接头，其特征在于，所述端面（23）与所述阶梯面（25）的球冠底部所在的平面之间的距离等于所述第一台肩面（11）的球冠顶部所在的平面到所述第一套管端（1）的外螺纹消失点处的距离的1/4～1/2。

7.根据权利要求1所述的套管接头，其特征在于，所述第二套管端（3）内周面还包括与所述第二套管端（3）的内螺纹连接的管体内表面（33）；所述管体内表面（33）凸设有一个球形密封面（32）；所述第一套管端（1）的外周面还设有与所述第一套管端（1）的外螺纹连接的外锥面密封面（15），且所述球形密封面（32）与所述外锥面密封面（15）相互顶抵配合。

8.根据权利要求7所述的套管接头，其特征在于，所述的套管接头还包括一个套置在所述外锥面密封面（15）上的密封圈（5）；所述管体内表面（33）还设有一个密封槽（34），所述密封圈（5）卡置在所述密封槽（34）内。

9.根据权利要求8所述的套管接头，其特征在于，所述密封圈（5）为非金属橡胶材料制成，所述密封圈（5）的内表面为球面，且所述密封圈（5）的厚度为4～7mm。

10.根据权利要求1所述的套管接头，其特征在于，所述台肩环（2）的内周面包括一段连接所述端面（23）的内锥面（22）及与所述内锥面（22）连接内表面（21），所述内表面（21）与所述外表面（26）平行。