CN102926669A - 一种三重密封的钢管直连旋接加长结构 - Google Patents

Abstract

一种三重密封的钢管直连旋接加长结构，在管体外螺纹连接端上设有外螺纹连接段，在管体内螺纹连接端上设有内螺纹连接段，且管体内螺纹连接端的外径与管体的外径相同，外螺纹连接段和内螺纹连接段的公称尺寸相同，管体外螺纹连接端和管体内螺纹连接端之间通过螺纹旋接密封结构相连接，两者靠螺纹旋接、径向和端面三道过盈配合机械密封。管体外螺纹连接端和管体内螺纹连接端的强度通过梯度硬度的硬度渐变段来解决。这样两管连接不用接箍，既能可靠密封连接，又能节约钢材，还能增强管体的抗弯曲载荷、扭曲载荷、外挤载荷、内压载荷的能力，提高了油气田开采的可靠性、安全性和经济性。

Description

一种三重密封的钢管直连旋接加长结构

技术领域：

本发明涉及石油、天然气钻探用油管或套管的加长旋接连接结构。

背景技术：

石油、天然气钻采过程中必须使用钢质套管和油管，钻探在套管与油管的安装结构如图1所示。其中套管指钻井后用于衬里的管子，作用是防止井壁流动和塌陷，分为表层套管、生产套管和技术套管；油管是石油或天然气抽取通道，井下的石油或天然气在外加压力气体或液体的压力作用下通过油管输送到地层表面。在实际使用过程中套管和油管都必须通过旋接方式来加长，以满足不同井深要求，目前管体的加长连接都是用接箍来实现的，在管体的两端都设置外螺纹，接箍设有内螺纹，相邻两根管体两端的外螺纹分别旋接在接箍的内螺纹孔中。由于接箍的外径必须大于管体的外径，表层套管的内径必须大于生产套管的接箍外径，生产套管的内径必须大于技术套管的接箍的外径，以此类推。这样就导致所有套管的外径都要增大，在相同井深条件下，不仅增加了钢材的用量，而且每根管体都要配备一个连接接箍，每类管体需要配备相应的连接接箍。根据钢管性能特征，在壁厚固定条件下，钢管外径越大，其抗挤毁性能、抗内压泄漏性能越小。

目前，套管或油管的管体端部外螺纹和接箍的内螺纹的连接螺纹形式已有100多种扣型，包括三角螺纹、梯形螺纹、单边梯形螺纹、矩形螺纹、T形螺纹等，但它们的密封结构形式都是通过内外螺纹的齿侧面或端面紧密过盈配合连接结构方式来保证实现密封的，有些螺纹既有连接作用，又有密封作用，有些螺纹仅起连接作用，密封依靠端面过盈密封。

由于钢管在油井开采中的使用环境比较复杂，需承受重力拉伸载荷、弯曲载荷、扭曲载荷、外挤载荷、内压载荷等，这就要求套管和油管要有足够强度和刚度，以抵抗井下的不规则受力，由于管体的加长都必须使用接箍，因此设置在油管外的各层套管的直径都必须逐级加大，根据机械常识，在管壁厚度相同条件下，管体直径越大抗弯曲载荷、扭曲载荷、外挤载荷、内压载荷强度越低。在现有技术中，套管和油管加长连接结构离不开接箍，各级套管的直径无法进一步缩小，同时每根套管或油管都必须配备一只接箍，这样既要消耗的钢材多，又要增大套管直径，在井深相同条件下，每眼井的开采所需套管和油管的钢材用量大，成本高，钻井所消耗的能量大，必须对之改进。

发明内容：

本发明的目的是提供一种三重密封的钢管直连旋接加长结构，管体与管体之间采用直连结构，无需使用接箍，既能保证连接强度又能保证连接密封性能。

本发明采取的技术方案如下：

一种三重密封的钢管直连旋接加长结构，其特征是：包括管体外螺纹连接端和管体内螺纹连接端，在管体外螺纹连接端上设有外螺纹连接段、外密封段和外端面，在管体内螺纹连接端上设有内螺纹连接段、内密封段和内孔端面，且管体内螺纹连接端的外径与管体的外径相同，外螺纹连接段和内螺纹连接段的公称尺寸相同，管体外螺纹连接端和管体内螺纹连接端之间通过螺纹旋接密封结构相连接，在螺纹旋接密封结构连接中设有三道机械密封结构，第一道由螺纹配合面产生过盈密封；第二道为外密封段和内密封段之间形成的径向过盈配合结构；第三道为外端面和内孔端面之间形成的端面过盈配合结构。

进一步，在第二道机械密封结构中，外密封段和内密封段之间过盈配合方式为圆柱形轴孔过盈配合，或者球面轴与圆柱形孔之间的过盈配合。

进一步，在第三道机械密封结构中，外端面和内孔端面之间过盈配合结构为平面与平面的过盈对接结构，或者球面与平面的过盈对接结构。

进一步，管体外螺纹连接端和管体内螺纹连接端的硬度比管体硬度高25%~30%，在外螺纹连接段的螺纹末端与管体之间设有硬度渐变段，在内密封段与管体之间设有硬度渐变段，硬度渐变段的长度30~100毫米。

由于改变了管体之间的连接结构方式，在每根管体的一端设置外螺纹连接段，在另一端设置内螺纹连接段，相邻两根管体之间通过管体的外螺纹连接段与另一根管体的内螺纹连接段直接旋接密封连接成一体，不需要使用接箍，各级套管的直径可减小10毫米~30毫米，这样还能增强管体的抗弯曲载荷、扭曲载荷、外挤载荷、内压载荷的能力，提高了油气田开采的可靠性和安全性。虽然每根管体两端的强度相对管体会有所降低，但通过热处理方法提高外螺纹连接段和内螺纹连接段的强度，以弥补结构改进带来的强度降低缺陷。

由于在管体外螺纹连接端和管体内螺纹连接端之间的螺纹旋接密封结构中设有三道机械密封结构，第一道由螺纹配合面产生过盈密封；第二道为外密封段和内密封段之间形成的径向过盈配合结构；第三道为外端面和内孔端面之间形成的端面过盈配合结构，由三道机械密封结构保证两根钢管之间的连接密封性。

由于不需要使用接箍，而且各级套管的直径可减小10毫米~30毫米，每眼井可节省钢材5%~8%，可综合降低成本50万元~80万元，经济效益十分显著，同时，钻井直径可进一步减少，能降低钻井能耗。

附图说明：

图1为油气井开采中套管与油管的分布结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明中连接螺纹的一种结构示意图；

图4为连接外螺纹与连接内螺纹在旋接前的结构示意图；

图中：1-管体外螺纹连接端；2-管体内螺纹连接端；3-硬度渐变段；11-外螺纹连接段；21-内螺纹连接段；12-外密封段；22-内密封段；13-外端面；23-内孔端面；α-螺纹承载侧角度；β-螺纹的引导侧角度。

具体实施方式

下面结合附图举例说明本发明的具体实施方式：

实施例1：一种三重密封的钢管直连旋接加长结构，如图2-4所示，包括管体外螺纹连接端1和管体内螺纹连接端2，在管体外螺纹连接端1上设有外螺纹连接段11、外密封段12和外端面13，在管体内螺纹连接端2上设有内螺纹连接段21、内密封段22和内孔端面23，且管体内螺纹连接端2的外径与管体的外径相同，外螺纹连接段11和内螺纹连接段21的公称尺寸相同，在管体外螺纹连接端1和管体内螺纹连接端2之间设有三道机械密封结构，第一道由螺纹配合面产生过盈密封；第二道为外密封段12和内密封段22之间过盈配合结构；第三道为外端面13和内孔端面23之间过盈配合结构；管体外螺纹连接端1和管体内螺纹连接端2的硬度比管体硬度高25%~30%，在外螺纹连接段11的螺纹末端与管体之间设有硬度渐变段3，在内密封段22与管体之间设有硬度渐变段3，硬度渐变段3的长度30~100毫米。在本例中，外螺纹连接段11和内螺纹连接段21的螺纹牙型均为偏梯形锥管螺纹，锥管螺纹的锥度为1:16，螺纹承载侧角度α=+2°，螺纹的引导侧角度β=+45°，齿顶和齿根平行于母线，对于套管其螺距为5.08mm，即5牙/每英寸，对于油管其螺距为3.175mm，即8牙/每英寸；在第二道机械密封结构中，外密封段12和内密封段22之间过盈配合方式可以选择圆柱形轴孔过盈配合，也可以选择球面轴与圆柱形孔之间的过盈配合；在第三道机械密封结构中，外端面13和内孔端面23之间过盈配合结构为平面与平面的过盈对接结构，或者球面与平面的过盈对接结构。

Claims (4)

1.一种三重密封的钢管直连旋接加长结构，其特征是：包括管体外螺纹连接端（1）和管体内螺纹连接端（2），在管体外螺纹连接端（1）上设有外螺纹连接段（11）、外密封段（12）和外端面（13），在管体内螺纹连接端（2）上设有内螺纹连接段（21）、内密封段（22）和内孔端面（23），且管体内螺纹连接端（2）的外径与管体的外径相同，外螺纹连接段（11）和内螺纹连接段（21）的公称尺寸相同，在管体外螺纹连接端（1）和管体内螺纹连接端（2）之间设有三道机械密封结构，第一道由螺纹配合面产生过盈密封；第二道为外密封段（12）和内密封段（22）之间过盈配合结构；第三道为外端面（13）和内孔端面（23）之间过盈配合结构。

2.根据权利要求1所述三重密封的钢管直连旋接加长结构，其特征是：在第二道机械密封结构中，外密封段（12）和内密封段（22）之间过盈配合方式为圆柱形轴孔过盈配合，或者球面轴与圆柱形孔之间的过盈配合。

3.根据权利要求1所述三重密封的钢管直连旋接加长结构，其特征是：在第三道机械密封结构中，外端面（13）和内孔端面（23）之间过盈配合结构为平面与平面的过盈对接结构，或者球面与平面的过盈对接结构。

4.根据权利要求1所述三重密封的钢管直连旋接加长结构，其特征是：管体外螺纹连接端（1）和管体内螺纹连接端（2）的硬度比管体硬度高25%~30%，在外螺纹连接段（11）的螺纹末端与管体之间设有硬度渐变段（3），在内密封段（22）与管体之间设有硬度渐变段（3），硬度渐变段（3）的长度30~100毫米。

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