CN102852468A - 高密封特殊圆螺纹油套管连接接头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高密封特殊圆螺纹油套管连接接头，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；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；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面及过渡锥面，中间柱面的端面向外部凸出形成内密封夹角，内密封夹角与内圆锥面之间设置有内密封端弧面；外密封面包括设置在管体端部外壁上的外圆锥面，管体端部的端面向内凹入形成外密封夹角。本发明采用非对称的特殊圆螺纹，且设置有圆弧与大角度凸凹结构相结合的金属密封结构，强度高，密封性能好，抗扭矩性能和抗弯曲能力高。

Description

高密封特殊圆螺纹油套管连接接头

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圆螺纹油套管连接接头。

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，提供一种高密封特殊圆螺纹油套管连接接头，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：一种高密封特殊圆螺纹油套管连接接头，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面及过渡锥面，所述中间柱面的端面向外部凸出形成内密封夹角，所述内密封夹角与所述内圆锥面之间设置有内密封端弧面；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，所述管体端部的端面向内凹入形成外密封夹角，所述外密封夹角与所述外圆锥面之间设置有外密封端弧面。

所述内密封夹角的值为110°~130°，所述外密封夹角比所述内密封夹角的值小0~2°；所述内密封夹角与所述中间柱面之间形成的锐角为内密封面端角，所述内密封面端角为65°~85°，所述外密封夹角与所述管体的内壁面之间形成的锐角为外密封面端角，所述外密封面端角比所述内密封面端角小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。

所述内密封端弧面的半径为0.5~2.0mm，所述外密封端弧面的半径与所述内密封端弧面的半径相同。

所述内密封端弧面与所述内密封夹角之间设置有内密封端过渡圆弧，所述内密封端过渡圆弧的半径为0.1~0.5mm；所述外密封端弧面与所述外密封夹角之间设置有外密封端过渡圆弧，所述外密封端过渡圆弧的半径与所述内密封端过渡圆弧的半径相同。

所述内密封夹角的顶点处设置有内密封角度过渡圆弧，所述内密封角度过渡圆弧的半径为0.3~0.8mm；所述外密封夹角的顶点处设置有外密封角度过渡圆弧，所述外密封角度过渡圆弧的半径小于所述内密封角度过渡圆弧的半径0.2~0.3mm。

所述外密封面的外圆锥面长度为8~20mm，所述内密封面的长度比所述外圆锥面的长度长半个螺距，所述内圆锥面的长度为5~10mm，所述过渡锥面的长度为3~10mm。

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圆弧与大角度凸凹结构相结合的金属密封结构，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、内密封面13、外密封面14、中间柱面15、外圆锥面16、内圆锥面17、外密封端弧面18、内密封端弧面19、外密封端过渡圆弧20、内密封端过渡圆弧21、外密封角度过渡圆弧22、内密封角度过渡圆弧23、外密封面端角24、内密封面端角25、外密封夹角26、内密封夹角27、外密封面厚度28、内密封面厚度29、内密封过渡锥面30、内密封面长度31、中径线32等。

如图1、图2所示，本发明是一种高密封特殊圆螺纹油套管连接接头，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、3是以虚拟的中径线32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15，中间柱面15的长度范围是50~200mm，增加接头的连接强度和抗弯曲能力。中间柱面15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13及设置在管体2、3上的外密封面14。

如图4所示，内密封面13包括设置在中间柱面15端面与接箍1内螺纹端部之间的内圆锥面17及过渡锥面30，中间柱面15的端面向外部凸出形成内密封夹角27，内密封夹角27与内圆锥面17之间设置有内密封端弧面19。

内密封面13的厚度29为3~10mm，内密封面13的长度31比外圆锥面16的长度长半个螺距11，其中，内圆锥面17的长度为5~10mm，过渡锥面30的长度为3~10mm。内圆锥面17的锥度与螺纹4的锥度相同，过渡锥面30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14起到导向作用。内密封端弧面19的半径为0.5~2.0mm，内密封端弧面19与内密封夹角27之间设置有内密封端过渡圆弧21，内密封端过渡圆弧21的半径为0.1~0.5mm。内密封夹角27的值为110°~130°；内密封夹角27与中间柱面15之间形成的锐角为内密封面端角25，内密封面端角25为65°~85°。内密封夹角27的顶点处设置有内密封角度过渡圆弧23，内密封角度过渡圆弧23的半径为0.3~0.8mm。

如图5所示，外密封面14包括设置在管体2、3端部外壁上的外圆锥面16，管体2、3端部的端面向内凹入形成外密封夹角26，外密封夹角26与外圆锥面16之间设置有外密封端弧面18。

外密封面14的厚度15与内密封面13的厚度16相等，以达到接箍1的中间柱面15与管体2、3的内壁平齐，保持在同一个平面，减小流体在管体内的通行阻力。外密封面14的外圆锥面16长度为8~20mm。外圆锥面16的锥度与螺纹4的锥度相同，并且外圆锥面16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。外密封端弧面18的半径与内密封端弧面19的半径相同，外密封端弧面18与外密封夹角26之间设置有外密封端过渡圆弧20，外密封端过渡圆弧20的半径与内密封端过渡圆弧21的半径相同。

外密封夹角26比内密封夹角27的值小0~2°，以到达过盈配合的作用。外密封夹角26与管体2、3的内壁面之间形成的锐角为外密封面端角24，外密封面端角24比内密封面端角25小0~2°，以到达过盈配合的作用。外密封夹角26的顶点处设置有外密封角度过渡圆弧22，外密封角度过渡圆弧22的半径小于内密封角度过渡圆弧23的半径0.2~0.3mm。

本发明操作时，先将接箍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，由于导向面牙侧角6坡度较大，套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。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。因接箍1有内密封面13，当机器拧接过盈旋紧配合后具有较大的抗扭矩性能和高密封性能，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，但是必须满足内密封面13与外密封面14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3以虚拟的中径线32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圆弧与大角度凸凹结构相结合的金属密封结构，使其在过盈配合后能够有效提高抗扭矩性能和密封性能；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 (10)

1.一种高密封特殊圆螺纹油套管连接接头，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（15），所述中间柱面（15）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（13）及设置在所述管体（2、3）上的外密封面（14）；所述内密封面（13）包括设置在所述中间柱面（15）端面与所述接箍（1）内螺纹端部之间的内圆锥面（17）及过渡锥面（30），所述中间柱面（15）的端面向外部凸出形成内密封夹角（27），所述内密封夹角（27）与所述内圆锥面（17）之间设置有内密封端弧面（19）；所述外密封面（14）包括设置在所述管体（2、3）端部外壁上的外圆锥面（16），所述管体（2、3）端部的端面向内凹入形成外密封夹角（26），所述外密封夹角（26）与所述外圆锥面（16）之间设置有外密封端弧面（18）。

2.按照权利要求1所述的高密封特殊圆螺纹油套管连接接头，其特征是：所述内密封夹角（27）的值为110°~130°，所述外密封夹角（26）比所述内密封夹角（27）的值小0~2°；所述内密封夹角（27）与所述中间柱面（15）之间形成的锐角为内密封面端角（25），所述内密封面端角（25）为65°~85°，所述外密封夹角（26）与所述管体（2、3）的内壁面之间形成的锐角为外密封面端角（24），所述外密封面端角（24）比所述内密封面端角（25）小0~2°。

3.按照权利要求1所述的高密封特殊圆螺纹油套管连接接头，其特征是：所述内圆锥面（17）的锥度与所述螺纹（4）的锥度相同，所述过渡锥面（30）的锥度大于所述螺纹（4）的锥度；所述外圆锥面（16）的锥度与所述螺纹（4）的锥度相同，并且所述外圆锥面（16）的表面低于所述螺纹（4）的齿底圆锥母线。

4.按照权利要求1所述的高密封特殊圆螺纹油套管连接接头，其特征是：所述内密封端弧面（19）的半径为0.5~2.0mm，所述外密封端弧面（18）的半径与所述内密封端弧面（19）的半径相同。

5.按照权利要求1所述的高密封特殊圆螺纹油套管连接接头，其特征是：所述内密封端弧面（19）与所述内密封夹角（27）之间设置有内密封端过渡圆弧（21），所述内密封端过渡圆弧（21）的半径为0.1~0.5mm；所述外密封端弧面（18）与所述外密封夹角（26）之间设置有外密封端过渡圆弧（20），所述外密封端过渡圆弧（20）的半径与所述内密封端过渡圆弧（21）的半径相同。

6.按照权利要求1所述的高密封特殊圆螺纹油套管连接接头，其特征是：所述内密封夹角（27）的顶点处设置有内密封角度过渡圆弧（23），所述内密封角度过渡圆弧（23）的半径为0.3~0.8mm；所述外密封夹角（26）的顶点处设置有外密封角度过渡圆弧（22），所述外密封角度过渡圆弧（22）的半径小于所述内密封角度过渡圆弧（23）的半径0.2~0.3mm。

7.按照权利要求1所述的高密封特殊圆螺纹油套管连接接头，其特征是：所述外密封面（14）的外圆锥面（16）长度为8~20mm，所述内密封面（13）的长度（31）比所述外圆锥面（16）的长度长半个螺距（11），所述内圆锥面（17）的长度为5~10mm，所述过渡锥面（30）的长度为3~10mm。

8.按照权利要求1所述的高密封特殊圆螺纹油套管连接接头，其特征是：所述内密封面（13）的厚度（29）为3~10mm，所述外密封面（14）的厚度（15）与所述内密封面（13）的厚度（16）相等。

9.按照权利要求1所述的高密封特殊圆螺纹油套管连接接头，其特征是：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。

10.按照权利要求1或9所述的高密封特殊圆螺纹油套管连接接头，其特征是：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。

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