CN102943633A

CN102943633A - 一种螺纹连接结构

Info

Publication number: CN102943633A
Application number: CN2012103828626A
Authority: CN
Inventors: 潘志勇; 佘伟军; 宋生印; 赵新伟
Original assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Tubular Goods Research Institute
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Tubular Goods Research Institute
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2032-10-10
Also published as: CN102943633B

Abstract

本发明公开了一种螺纹连接结构，啮合的外螺纹的齿顶高度和内螺纹的齿顶高度均沿轴向线性减小至零，啮合的外螺纹和内螺纹均为完整螺纹，外螺纹的齿顶连线的锥度小于API标准中外螺纹的齿顶连线的锥度，内螺纹的齿底连线的锥度小于API标准中内螺纹的齿底连线的锥度，内螺纹包络线和外螺纹包络线交于外螺纹的齿顶高度为零点，啮合的外螺纹和内螺纹均位于外螺纹包络线和内螺纹包络线形成的夹角内。本发明不采用API标准，通过设置使啮合的外螺纹和内螺纹全部为完整螺纹，提升螺纹连接结构承受拉伸、压缩、弯曲、扭转和气密封的能力，并通过减小外螺纹的齿顶连线和内螺纹的齿底连线的锥度，充分利用管体材料，螺纹连接综合性能得到大幅度提升。

Description

一种螺纹连接结构

技术领域

本发明涉及石油钻探、开发和生产领域，特别涉及一种螺纹连接结构。

背景技术

石油行业用油管和套管螺纹大量使用的是API（AmericAn PetroleumInstitute，美国石油学会）圆螺纹和API偏梯形螺纹，圆螺纹油管和套管的螺纹中径线锥度为0.0625mm/mm，外径范围为114.3-339.72mm的偏梯形螺纹套管中径线锥度为0.0625mm/mm，而外径范围为406.4-508mm的偏梯形螺纹套管中径线锥度为0.0833mm/mm，锥度是指X和Y平面上该直线在Y轴的投影的长度和X轴的投影的长度之比的两倍，螺纹连接结构包括外螺纹接头和内螺纹接头，外螺纹接头上设置有外螺纹，内螺纹接头上设置有内螺纹，通过外螺纹和内螺纹的啮合，使内外螺纹接头紧密连接，该螺纹连接结构用于油管和油管、套管和套管的连接等，在加工API标准油管和套管螺纹时，由于螺纹锥度的存在，管端横截面呈直角三角形的环状区域被切削掉，其中，中径线锥度越大，螺纹长度越长，被切削的三角形环状区域体积越大；而且对于偏梯形螺纹，外螺纹接头的外螺纹中存在一半左右的非完整螺纹。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

相比完整螺纹，非完整螺纹大大消弱或降低了螺纹连接结构承受拉伸、压缩、弯曲、扭转和气密封的能力，导致该螺纹连接结构薄弱易失效，而且，根据API标准制作的螺纹连接结构中需要切削掉的三角形环状区域体积较大，对管体材料造成浪费，同时由于非完整螺纹的存在也使内螺纹接头和外螺纹接头连接强度受到削减，螺纹连接性能大幅度下降。

发明内容

为了解决现有技术中螺纹连接结构管体材料使用不充分及非完整螺纹的问题，本发明实施例提供了一种螺纹连接结构。所述技术方案如下：

一种螺纹连接结构，用于油管或套管的连接，所述螺纹连接结构包括外螺纹接头和内螺纹接头，通过外螺纹和内螺纹啮合使所述外螺纹接头和所述内螺纹接头装配在一起，所述外螺纹和所述内螺纹均为偏梯形螺纹，所述外螺纹和所述内螺纹均包括多个齿牙和多个齿槽，每个齿牙包括承载面、齿顶、导向面和齿底，啮合的所述外螺纹的齿顶高度和所述内螺纹的齿顶高度均沿轴向线性减小至零，啮合的所述外螺纹和所述内螺纹均为完整螺纹，所述外螺纹的齿顶连线的锥度小于API标准中外螺纹的齿顶连线的锥度，所述内螺纹的齿底连线的锥度小于API标准中内螺纹的齿底连线的锥度，所述内螺纹包络线和所述外螺纹包络线交于所述外螺纹的齿顶高度为零点，啮合的所述外螺纹和所述内螺纹均位于所述外螺纹包络线和所述内螺纹包络线形成的夹角内。

具体地，作为优选，所述内螺纹的导向面与所述内螺纹的齿顶延长线相交，交点位于所述内螺纹包络线上，所述内螺纹的导向面与所述内螺纹的齿底延长线相交，且交点位于所述外螺纹包络线上。

具体地，作为优选，所述外螺纹的导向面与所述外螺纹的齿顶延长线相交，交点位于所述外螺纹包络线上，所述外螺纹的导向面与所述外螺纹的齿底延长线相交，且交点位于所述内螺纹包络线上。

具体地，作为优选，所述内螺纹包络线锥度为0.0342-0.0442mm/mm，所述螺纹中径线锥度为0.0525-0.0625mm/mm，所述外螺纹包络线锥度为0.0658-0.0758mm/mm。

具体地，作为优选，所述外螺纹包络线和所述内螺纹包络线关于所述螺纹中径线对称。

进一步地，所述内螺纹的齿底到所述螺纹中径线的距离等于和所述内螺纹对应啮合的所述外螺纹的齿顶到所述螺纹中径线的距离，所述内螺纹的齿顶到所述螺纹中径线的距离等于和所述内螺纹对应啮合的所述外螺纹的齿底到所述螺纹中径线的距离。

具体地，作为优选，对于啮合配对的所述内螺纹和所述外螺纹，所述内螺纹齿牙宽度、所述内螺纹齿槽宽度、所述外螺纹齿牙宽度、所述外螺纹齿槽宽度均相等。

进一步地，所述外螺纹的长度为80-130mm。

具体地，作为优选，所述内螺纹的齿顶和齿底与中轴线的夹角均为0-0.98°，所述外螺纹的齿顶和齿底与所述中轴线的夹角均为0-0.98°，并且所述内螺纹的齿顶、所述内螺纹的齿底、所述外螺纹的齿顶和所述外螺纹的齿底均互相平行，所述内螺纹的导向面倾角和所述外螺纹的导向面倾角相同且均为8-30°，所述内螺纹的承载面倾角和所述外螺纹的承载面倾角相同且均为0-15°，所述内螺纹的螺距和所述外螺纹的螺距均为5.08mm。

具体地，作为优选，所述内螺纹的齿底和所述内螺纹的导向面的连接处是半径为0.76-0.79mm的弧面，所述内螺纹的齿底和所述内螺纹的承载面的连接处是半径为0.20-0.23mm的弧面，所述内螺纹的齿顶两端均为半径0.23-0.26mm的弧面；所述外螺纹的齿底的两端均为半径0.20-0.23mm的弧面，所述外螺纹的齿顶和所述外螺纹的承载面的连接处是半径为0.23-0.26mm的弧面，所述外螺纹的齿顶和所述外螺纹的导向面的连接处是半径为0.79-0.82mm的弧面。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明设计了一种新型螺纹连接结构，而不采用API标准，通过设置使啮合的外螺纹和内螺纹全部为完整螺纹，提升螺纹连接结构承受拉伸、压缩、弯曲、扭转和气密封的能力，使该螺纹连接结构不易失效，并通过减小内螺纹齿底连线的锥度和外螺纹齿顶连线的锥度，从而使切削掉的三角形环状区域体积减少，充分利用管体材料，使螺纹连接综合性能得到大幅度提升。

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是本发明实施例所述的螺纹连接结构的结构示意图；

图2是图1中M处的放大示意图；

图3是本发明实施例所述的外螺纹的结构示意图；

图4是本发明实施例所述的内螺纹的结构示意图。

其中：1外螺纹接头，2内螺纹接头，3内螺纹包络线，4螺纹中径线，5外螺纹包络线，6a外螺纹的承载面，6b内螺纹的承载面，7a外螺纹的齿顶，7b内螺纹的齿顶，8a外螺纹的导向面，8b内螺纹的导向面，9a外螺纹的齿底，9b内螺纹的齿底，

A外螺纹包络线和内螺纹包络线的交点，L外螺纹的长度，L1内螺纹齿牙宽度，L2内螺纹齿槽宽度，L3外螺纹齿牙宽度，L4外螺纹齿槽宽度，P螺距，R1内螺纹导向面一侧的齿底弧面半径，R2内螺纹承载面一侧的齿底弧面半径，R5内螺纹齿顶两端弧面的半径，R3外螺纹承载面一侧的齿顶弧面半径，R4外螺纹导向面一侧的齿顶弧面半径，R6外螺纹齿底两端弧面的半径，H1内螺纹的齿底到螺纹中径线的距离，H2内螺纹的齿顶到螺纹中径线的距离，H3外螺纹的齿底到螺纹中径线的距离，H4外螺纹的齿顶到螺纹中径线的距离，θ1导向面倾角，θ2承载面倾角，θ3齿顶和齿底与中轴线的夹角。

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。

如图1所示，也可参见图2，本发明实施例所述的一种螺纹连接结构，用于油管或套管的连接，所述螺纹连接结构包括外螺纹接头1和内螺纹接头2，通过外螺纹和内螺纹啮合使所述外螺纹接头1和所述内螺纹接头2装配在一起，所述外螺纹和所述内螺纹均为偏梯形螺纹，所述外螺纹和所述内螺纹均包括多个齿牙和多个齿槽，每个齿牙包括承载面、齿顶、导向面和齿底，啮合的所述外螺纹的齿顶7a高度和所述内螺纹的齿顶7b高度均沿轴向线性减小至零，啮合的所述外螺纹和所述内螺纹均为完整螺纹，所述外螺纹的齿顶7a连线的锥度小于API标准中外螺纹的齿顶连线的锥度，所述内螺纹的齿底9b连线的锥度小于API标准中内螺纹的齿底连线的锥度，所述内螺纹包络线3和所述外螺纹包络线5交于所述外螺纹的齿顶7a高度为零点，啮合的所述外螺纹和所述内螺纹均位于所述外螺纹包络线5和所述内螺纹包络线3形成的夹角内。

其中，外螺纹接头1和内螺纹接头2均设置在相连接的油管或套管的端部，外螺纹接头1上设置为外螺纹，内螺纹接头2上设置为内螺纹，内螺纹包络线3指内螺纹的齿顶7b的峰点的连线，外螺纹包络线5是指外螺纹齿顶7a的峰点的连线，螺纹中径线4是指在该条线上，螺纹齿牙宽度与齿槽宽度相等，本实施例中，内螺纹和外螺纹的螺纹中径线4相互重合，通过外螺纹和内螺纹啮合，从而使外螺纹接头1和内螺纹接头2紧密装配，由于内螺纹和外螺纹本身具有一定的锥度，所以在加工螺纹时，需要在油管或套管的端部切削掉三角形环状区域，本发明实施例中通过设置，减小外螺纹的齿顶7a连线的锥度和内螺纹的齿底9b连线的锥度，使其趋于和螺纹中轴线平行，从而减少切削掉的三角形环状区域的体积；从整体上增大啮合螺纹的齿牙高度，使啮合的外螺纹和内螺纹均为完整螺纹，且从外螺纹的齿顶7a高度为零点开始，即图1中A点，沿螺纹中轴线方向线性变化，而外螺纹和内螺纹均不能超出外螺纹包络线5和内螺纹包络线3形成的夹角范围，保证外螺纹和内螺纹充分啮合，既保证了结构完整性，又保证了密封完整性，从而提升螺纹的连接性能。

本发明实施例设计了一种新型螺纹连接结构，而不采用API标准，通过设置使啮合的外螺纹和内螺纹全部为完整螺纹，提升螺纹连接结构承受拉伸、压缩、弯曲、扭转和气密封的能力，使该螺纹连接结构不易失效，并通过减小外螺纹的齿顶7a连线的锥度和内螺纹的齿底9b连线的锥度，减少切削掉的三角形环状区域体积，充分利用管体材料，使螺纹连接综合性能得到大幅度提升。

具体地，作为优选，所述内螺纹的导向面8b与所述内螺纹的齿顶7b延长线相交，交点位于所述内螺纹包络线3上，所述内螺纹的导向面8b与所述内螺纹的齿底9b延长线相交，且交点位于所述外螺纹包络线5上。以上设置是为了使内螺纹和外螺纹充分啮合，且内螺纹和外螺纹均位于内螺纹包络线3和外螺纹包络线5形成的夹角范围内，从而使啮合的螺纹全部为完整螺纹。

具体地，作为优选，所述外螺纹的导向面8a与所述外螺纹的齿顶7a延长线相交，交点位于所述外螺纹包络线5上，所述外螺纹的导向面8a与所述外螺纹的齿底9a延长线相交，且交点位于所述内螺纹包络线3上。以上设置是为了使内螺纹和外螺纹充分啮合，且内螺纹和外螺纹均位于内螺纹包络线3和外螺纹包络线5形成的夹角范围内，从而使啮合的螺纹全部为完整螺纹。

如图1所示，具体地，作为优选，所述内螺纹包络线3锥度为0.0342-0.0442mm/mm，所述螺纹中径线4锥度为0.0525-0.0625mm/mm，所述外螺纹包络线5锥度为0.0658-0.0758mm/mm。经过研究发现，本发明实施例中，内螺纹包络线3锥度、螺纹中径线4锥度和外螺纹包络线5锥度如此设置，效果最佳。

如图1所示，具体地，作为优选，所述外螺纹包络线5和所述内螺纹包络线3关于所述螺纹中径线4对称。如此设置可以使内螺纹和外螺纹结构相对应，啮合时更充分紧密。

如图3所示，也可参见图4，进一步地，所述内螺纹的齿底9b到所述螺纹中径线4的距离H1等于和所述内螺纹对应啮合的所述外螺纹的齿顶7a到所述螺纹中径线4的距离H4，所述内螺纹的齿顶7b到所述螺纹中径线4的距离H2等于和所述内螺纹对应啮合的所述外螺纹的齿底9a到所述螺纹中径线4的距离H3。如此设置可以使内螺纹和外螺纹结构相对应，啮合更充分紧密。

如图3所示，也可参见图4，具体地，作为优选，对于啮合配对的所述内螺纹和所述外螺纹，所述内螺纹齿牙宽度L1、所述内螺纹齿槽宽度L2、所述外螺纹齿牙宽度L3、所述外螺纹齿槽宽度L4均相等。如此设置可以使内螺纹和外螺纹结构相对应，啮合更充分紧密。

如图1所示，进一步地，所述外螺纹的长度L为80-130mm。

如图3所示，也可参见图4，具体地，作为优选，所述内螺纹的齿顶和齿底与中轴线的夹角θ3均为0-0.98°，所述外螺纹的齿顶和齿底与所述中轴线的夹角θ3均为0-0.98°，并且所述内螺纹的齿顶7b、所述内螺纹的齿底9b、所述外螺纹的齿顶7a和所述外螺纹的齿底9a均互相平行，所述内螺纹的导向面倾角θ1和所述外螺纹的导向面倾角θ1相同且均为8-30°，所述内螺纹的承载面倾角θ2和所述外螺纹的承载面倾角θ2相同且均为0-15°，所述内螺纹的螺距P和所述外螺纹的螺距P均为5.08mm。按如此角度设置，使内螺纹和外螺纹相对应配合，且啮合更充分紧密。

如图3所示，也可参见图4，具体地，作为优选，所述内螺纹的齿底9b和所述内螺纹的导向面8b的连接处是半径为0.76-0.79mm的弧面，所述内螺纹的齿底9b和所述内螺纹的承载面6b的连接处是半径为0.20-0.23mm的弧面，所述内螺纹的齿顶7b两端均为半径0.23-0.26mm的弧面；所述外螺纹的齿底9a的两端均为半径0.20-0.23mm的弧面，所述外螺纹的齿顶7a和所述外螺纹的承载面6a的连接处是半径为0.23-0.26mm的弧面，所述外螺纹的齿顶7a和所述外螺纹的导向面8a的连接处是半径为0.79-0.82mm的弧面。

其中，将内螺纹和外螺纹中齿底、导向面、齿底和承载面相应的连接处均设置为圆弧面，目的在于使各个连接处变的圆滑，避免内螺纹和外螺纹啮合时互相造成损坏，即内螺纹导向面一侧的齿底弧面半径R1为0.76-0.79mm，内螺纹承载面一侧的齿底弧面半径R2为0.20-0.23mm，内螺纹齿顶两端弧面的半径R5为0.23-0.26mm，外螺纹承载面一侧的齿顶弧面半径R3为0.23-0.26mm，外螺纹导向面一侧的齿顶弧面半径R4为0.79-0.82mm，外螺纹齿底两端弧面的半径R6为0.20-0.23mm，如此设置还可以使内螺纹和外螺纹结构相对应配合，啮合更充分紧密。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

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

1.一种螺纹连接结构，用于油管或套管的连接，所述螺纹连接结构包括外螺纹接头和内螺纹接头，通过外螺纹和内螺纹啮合使所述外螺纹接头和所述内螺纹接头装配在一起，所述外螺纹和所述内螺纹均为偏梯形螺纹，所述外螺纹和所述内螺纹均包括多个齿牙和多个齿槽，每个齿牙包括承载面、齿顶、导向面和齿底，其特征在于，啮合的所述外螺纹的齿顶高度和所述内螺纹的齿顶高度均沿轴向线性减小至零，啮合的所述外螺纹和所述内螺纹均为完整螺纹，所述外螺纹的齿顶连线的锥度小于API标准中外螺纹的齿顶连线的锥度，所述内螺纹的齿底连线的锥度小于API标准中内螺纹的齿底连线的锥度，所述内螺纹包络线和所述外螺纹包络线交于所述外螺纹的齿顶高度为零点，啮合的所述外螺纹和所述内螺纹均位于所述外螺纹包络线和所述内螺纹包络线形成的夹角内。

2.根据权利要求1所述的螺纹连接结构，其特征在于，所述内螺纹的导向面与所述内螺纹的齿顶延长线相交，交点位于所述内螺纹包络线上，所述内螺纹的导向面与所述内螺纹的齿底延长线相交，且交点位于所述外螺纹包络线上。

3.根据权利要求1所述的螺纹连接结构，其特征在于，所述外螺纹的导向面与所述外螺纹的齿顶延长线相交，交点位于所述外螺纹包络线上，所述外螺纹的导向面与所述外螺纹的齿底延长线相交，且交点位于所述内螺纹包络线上。

4.根据权利要求1所述的螺纹连接结构，其特征在于，所述内螺纹包络线锥度为0.0342-0.0442mm/mm，所述螺纹中径线锥度为0.0525-0.0625mm/mm，所述外螺纹包络线锥度为0.0658-0.0758mm/mm。

5.根据权利要求1所述的螺纹连接结构，其特征在于，所述外螺纹包络线和所述内螺纹包络线关于所述螺纹中径线对称。

6.根据权利要求5所述的螺纹连接结构，其特征在于，所述内螺纹的齿底到所述螺纹中径线的距离等于和所述内螺纹对应啮合的所述外螺纹的齿顶到所述螺纹中径线的距离，所述内螺纹的齿顶到所述螺纹中径线的距离等于和所述内螺纹对应啮合的所述外螺纹的齿底到所述螺纹中径线的距离。

7.根据权利要求5所述的螺纹连接结构，其特征在于，对于啮合配对的所述内螺纹和所述外螺纹，所述内螺纹齿牙宽度、所述内螺纹齿槽宽度、所述外螺纹齿牙宽度、所述外螺纹齿槽宽度均相等。

8.根据权利要求1-7任一项权利要求所述的螺纹连接结构，其特征在于，所述外螺纹的长度为80-130mm。

9.根据权利要求8所述的螺纹连接结构，其特征在于，所述内螺纹的齿顶和齿底与中轴线的夹角均为0-0.98°，所述外螺纹的齿顶和齿底与所述中轴线的夹角均为0-0.98°，并且所述内螺纹的齿顶、所述内螺纹的齿底、所述外螺纹的齿顶和所述外螺纹的齿底均互相平行，所述内螺纹的导向面倾角和所述外螺纹的导向面倾角相同且均为8-30°，所述内螺纹的承载面倾角和所述外螺纹的承载面倾角相同且均为0-15°，所述内螺纹的螺距和所述外螺纹的螺距均为5.08mm。

10.根据权利要求8所述的螺纹连接结构，其特征在于，所述内螺纹的齿底和所述内螺纹的导向面的连接处是半径为0.76-0.79mm的弧面，所述内螺纹的齿底和所述内螺纹的承载面的连接处是半径为0.20-0.23mm的弧面，所述内螺纹的齿顶两端均为半径0.23-0.26mm的弧面；所述外螺纹的齿底的两端均为半径0.20-0.23mm的弧面，所述外螺纹的齿顶和所述外螺纹的承载面的连接处是半径为0.23-0.26mm的弧面，所述外螺纹的齿顶和所述外螺纹的导向面的连接处是半径为0.79-0.82mm的弧面。