CN103321587B - 一种平面台肩平锥形密封面变牙宽楔型接箍结构及油井管结构 - Google Patents

一种平面台肩平锥形密封面变牙宽楔型接箍结构及油井管结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石油钢管行业使用的平面台肩平锥形密封面变牙宽楔型接箍结构以及油井管结构,在接箍本体的纵向截面上,位于最内端位置的内齿顶外平面与内密封面相接,内密封面与内过渡圆弧圆滑过渡,内过渡圆弧与内台肩斜面圆滑过渡,内台肩斜面与内台肩圆弧圆滑过渡,内台肩圆弧与接箍台肩的内孔壁面圆滑过渡。本发明在其螺纹端部增加锥面与锥面的径向密封及抗扭矩台肩结构,本发明中,由楔型螺纹、锥面与锥面过盈密封和抗扭矩台肩的配合显著有效增加了螺纹接头连接的密封性能、抗弯曲能力,抗压缩载荷能力和高抗扭矩性能。

Description

一种平面台肩平锥形密封面变牙宽楔型接箍结构及油井管结构
技术领域
本发明公开了一种石油钻探行业使用的接箍结构,本发明还公开了一种石油钻探行业使用的油井管结构。
背景技术
目前,油井管行业中的油套管螺纹连接结构形式基本都是依照API SPEC 5B《套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验规范》标准来进行改进和创新,总体连接质量比较API标准要求的螺纹连接质量逐步有很大的提高,但是还是不能够满足油田开采使用要求。逐渐的导致世界各油田都在对螺纹连接提出更高、更理想的要求,特别是对油井管的相关主要性能指标要求越来越严格。
发明内容
本发明的目的之一是克服现有技术中存在的不足,提供一种可以增加螺纹接头连接的密封性能、抗弯曲能力、抗压缩载荷能力和高抗扭矩性能都有所提高的平面台肩平锥形密封面变牙宽楔型接箍结构。
本发明的另一目的是提供一种与平面台肩平锥形密封面变牙宽楔型接箍结构配合使用的平面台肩平锥形密封面变牙宽楔型油井管结构。
按照本发明提供的技术方案,所述一种平面台肩平锥形密封面变牙宽楔型接箍结构,包括接箍本体,接箍本体的两端内壁为接箍内螺纹段,在两段接箍内螺纹段之间设有接箍台肩;由接箍本体的两端部向其中部的方向上,所述接箍内螺纹段的齿宽呈逐渐增大设置,接箍内螺纹段的齿槽宽呈逐渐缩小设置,相邻两个齿宽之差与相邻两个齿槽宽之差相等,接箍内螺纹段的每个齿的高度相等,接箍内螺纹段的锥度为1:16~1:24;在接箍本体的纵向截面上,接箍内螺纹段上的每个齿呈楔形,在每个齿的顶端两侧均设有倒钩;接箍内螺纹段上的每个齿的顶部中部为内齿顶面,内齿顶面的内侧设有内齿顶内平面,内齿顶面的外侧设有内齿顶外平面,内齿顶内平面与内齿顶面之间通过内齿顶面内过渡圆弧相连,内齿顶外平面与内齿顶面之间通过内齿顶面外过渡圆弧相连,齿槽中部为内齿底面,内齿底面为圆锥面,内齿顶面为圆锥面,且内齿底面、内齿顶面的锥度与接箍内螺纹段的锥度相等,内齿底面的内侧设有内齿底内平面,内齿底面的外侧设有内齿底外平面,每个齿的外侧壁设有内导向面,内导向面与接箍本体的轴线所成角度为79~85°,每个齿的内侧壁设有内承载面,内承载面与接箍本体的轴线所成角度为76~82°,内齿底面与内齿底内平面之间通过内齿底面内过渡圆弧相连,内齿底面与内齿底外平面之间通过内齿底面外过渡圆弧相连,内齿底外平面与内导向面之间通过内齿底外圆弧相连,内导向面与内齿顶内平面之间通过内齿顶内圆弧相连,内齿底内平面与内承载面之间通过内齿底内圆弧相连,内承载面与内齿顶外平面之间通过内齿顶外圆弧相连,内齿底内平面与接箍本体的轴线所成角度为10~20°,内齿顶外平面与接箍本体的轴线所成角度为10~20°,内齿底外平面与接箍本体的轴线所成角度为7~17°,内齿顶内平面与接箍本体的轴线所成角度为7~17°;且在接箍本体的纵向截面上,位于最内端位置的内齿顶外平面与内密封面相接,内密封面与内过渡圆弧圆滑过渡,内过渡圆弧与内台肩斜面圆滑过渡,内台肩斜面与内台肩圆弧圆滑过渡,内台肩圆弧与接箍台肩的内孔壁面圆滑过渡。
作为优选,所述接箍内螺纹段的锥度为1:18~1:20。
作为优选,所述接箍内螺纹段的螺纹扣数为12~30;内首扣牙槽宽度为:1.8~3.2mm;内导向面螺距为:其内首扣牙槽宽宽度乘以其内首扣牙槽宽的倍数,内导向面螺距为3.96~9.60,所述内首扣牙槽宽的倍数为2.2~3.0;内承载面螺距等于:(内螺纹总长度减去2倍内首扣牙槽宽)/(总扣数减去1);内首扣牙齿宽为:内导向面螺距减去内首扣牙槽宽;内齿高为:1.5~2.5mm。
作为优选,在接箍本体的纵向截面上,接箍内螺纹段的首扣齿宽为1.8~3.2mm;接箍内螺纹段的每个齿的齿高为1.5~2.5mm;内齿顶内平面的宽度为0.5~3.0 mm;内承载面的宽度为0.5~2.0 mm;内齿底外平面的宽度为0.5~3.0 mm;内齿顶外平面的宽度为0.5~3.0 mm;内导向面的宽度为0.5~2.0 mm;内齿底内平面的宽度为0.5~3.0 mm;内齿顶面的宽度为0.05~6.0 mm;内齿底面的宽度为0.05~6.0 mm;内齿顶外圆弧的半径为0.20~0.50mm;内齿底外圆弧的半径为0.20~0.50mm;内齿顶内圆弧的半径为0.20~0.50mm;内齿底内圆弧的半径为0.20~0.50mm;内齿底面外过渡圆弧的半径为0.15~0.30mm;内齿底面内过渡圆弧的半径为0.15~0.30mm;内齿顶面内过渡圆弧的半径为0.15~0.30mm;内齿顶面内过渡圆弧的半径为0.15~0.30mm;内承载面与接箍本体的轴线之间的角度小于内导向面与接箍本体的轴线之间的角度为2~6°。
作为优选,在接箍本体的纵向截面上,所述内密封面的长度为6~12mm,其锥度为1:8~1:12;内过渡圆弧的半径为0.3~1.5mm,内过渡圆弧对应的圆心角度数为50~60°;内台肩斜面与接箍台肩的内孔壁所成的角度为65~85°;内密封面的最内端部与接箍台肩的内孔壁之间的距离为3.0~7.0mm;内台肩圆弧的半径为0.3~1.5mm,内过渡圆弧对应的圆心角度数为50~60°。
一种平面台肩平锥形密封面变牙宽楔型油井管结构,包括油井管本体,油井管本体的两端外壁为油井管外螺纹段,在两段油井管外螺纹段之间设有油井管台肩,由油井管本体的两端部向其中部的方向上,所述油井管外螺纹段的齿宽呈逐渐缩小设置,油井管外螺纹段的齿槽宽呈逐渐增大设置,相邻两个齿宽之差与相邻两个齿槽宽之差相等,油井管外螺纹段的每个齿的高度相等,油井管外螺纹段的锥度为1:16~1:24;在油井管本体的纵向截面上,油井管外螺纹段上的每个齿呈楔形,在每个齿的顶端两侧均设有倒钩;油井管外螺纹段上的每个齿的顶部中部为外齿顶面,外齿顶面的内侧设有外齿顶内平面,外齿顶面的外侧设有外齿顶外平面,外齿顶内平面与外齿顶面之间通过外齿顶面内过渡圆弧相连,外齿顶外平面与外齿顶面之间通过外齿顶面外过渡圆弧相连,齿槽中部为外齿底面,外齿底面为圆锥面,外齿顶面为圆锥面,且外齿顶面、外齿底面的锥度与油井管外螺纹段的锥度相等,外齿底面的内侧设有外齿底内平面,外齿底面的外侧设有外齿底外平面,每个齿的外侧壁设有外导向面,外导向面与油井管本体的轴线所成角度为79~85°,每个齿的内侧壁设有外承载面,外承载面与油井管本体的轴线所成角度为76~82°,外齿底面与外齿底内平面之间通过外齿底面内过渡圆弧相连,外齿底面与外齿底外平面之间通过外齿底面外过渡圆弧相连,外齿底外平面与外承载面之间通过外齿底外圆弧相连,外承载面与外齿顶内平面之间通过外齿顶左内圆弧相连,外齿底内平面与外导向面之间通过外齿底内圆弧相连,外导向面与外齿顶外平面之间通过外齿顶外圆弧相连,内齿底内平面与接箍本体的轴线所成角度为10~20°,外齿顶外平面与油井管本体的轴线所成角度为10~20°,外齿底外平面与油井管本体的轴线所成角度为7~17°,外齿顶内平面与油井管本体的轴线所成角度为7~17°;且在油井管本体的纵向截面上,位于最外端的外齿底外平面与外密封面相接,外密封面与外过渡圆弧圆滑过渡,外过渡圆弧与外台肩斜面圆滑过渡,外台肩斜面与管端内壁镗孔相接,管端内壁镗孔与内壁平滑过渡面相接,内壁平滑过渡面与油井管外螺纹段的内孔壁相接。
作为优选,所述油井管外螺纹段的锥度为1:18~1:20。
作为优选,所述油井管外螺纹段的螺纹扣数为12~30;外首扣牙齿宽宽度为:1.8~3.2mm;外导向面螺距为:外首扣牙齿宽乘以外首扣牙齿宽的倍数,外导向面螺距为3.96~9.60mm,所述外首扣牙齿宽的倍数为2.2~3.0;外承载面螺距为:(外螺纹总长度减去2倍外首扣牙齿宽)/(总扣数减去1) ;外首扣牙槽宽为:外导向面螺距减去外首扣牙齿宽;外齿高为:1.5~2.5mm。
作为优选,在油井管本体的纵向截面上,油井管外螺纹段的首扣齿宽为1.8~3.2mm;油井管外螺纹段的每个齿的齿高为1.5~2.5mm;外齿顶内平面的宽度为0.5~3.0 mm;外承载面的宽度为0.5~2.0 mm;外齿底外平面的宽度为0.5~3.0 mm;外齿顶外平面的宽度为0.5~3.0 mm;外导向面的宽度为0.5~2.0 mm;外齿底内平面的宽度为0.5~3.0 mm;外齿顶面的宽度为0.05~6.0 mm;外齿底面的宽度为0.05~6.0 mm;外齿顶外圆弧的半径为0.20~0.50mm;外齿底内圆弧的半径为0.20~0.50mm;外齿顶左内圆弧的半径为0.20~0.50mm;外齿底外圆弧的半径为0.20~0.50mm;外齿顶面外过渡圆弧的半径为0.15~0.30mm;外齿顶面内过渡圆弧的半径为0.15~0.30mm;外齿底面内过渡圆弧的半径为0.15~0.30mm;外齿底面外过渡圆弧的半径为0.15~0.30mm;外承载面与油井管本体轴线之间的角度小于外导向面与油井管本体轴线之间的角度为2~6°。
作为优选,在油井管本体的纵向截面上,所述外密封面的长度为6~12mm,其锥度为1:8~1:12;外过渡圆弧的半径为0.3~1.5mm,外过渡圆弧对应的圆心角度数为50~60°;外台肩斜面与管端内壁镗孔所成角为95~115°;管端内壁镗孔的长度为3~10mm;内壁平滑过渡面的长度为3~10mm;管端内壁镗孔与内壁平滑过渡面所成角度数为10~20°;内壁平滑过渡面与油井管外螺纹段的内孔壁所成角度数为10~20°。
本发明具有以下优点:
1.将螺纹旋合牙型的形状进行了改进,采用了楔型双倒钩牙侧角状,两边的牙侧角采用承载面角度大于导向面角度,起到大扭矩机紧状态下使螺纹两边牙侧与牙侧完全接触,且其每个齿形牙侧在过盈配合受力状态下呈均匀分布,有效提高其密封性能和连接强度。
2.将螺纹牙型的牙型承载面与牙型导向面的螺距改进为不相等,并且导向面螺距大于承载面螺距,其牙齿宽度是逐渐增大,牙槽宽度是逐渐减小出现变牙宽螺纹结构形式,同时其两者的牙侧面螺旋升角角度不同,形成一定的夹角,两个牙侧面构成楔形锥面,内外螺纹的齿形配合就形成了楔形锥面与楔形锥面的楔形螺纹配合结构,与API偏梯形螺纹的两平行牙侧面有显著的不同,能够显著提高其内外螺纹接头配合后的的连接强度、密封性能及抗弯曲性能和过扭矩性能。
3.将螺纹牙型的牙型承载面与牙型导向面的螺距改进为不相等,并且导向面螺距大于承载面螺距的变牙宽螺纹结构形式,内、外螺纹靠近端面开始旋合时的齿型宽度均小于齿槽宽度,对扣非常简单方便杜绝了错扣现象,有效提高产品质量和工作效率。
4.由于采用了导向面螺距大于承载面螺距的变牙宽螺纹形式,有效降低了因管体和接箍椭圆度的不同对内外螺纹配合时的各种影响,特别是起到了快速上卸扣和多次上卸扣螺纹不会发生划伤及损伤现象,显著提高产品合格率。
5.采用楔型及变牙宽的螺纹设计结构将有效提高螺纹接头的防脱扣性能、抗拉伸载荷性能、抗弯曲能力,有效提高螺纹接头的高复合承载能力,可提供与管体相当的内压抗力及连接强度。
6.螺纹的齿顶和齿底采用了三个不同锥度或角度的平面结构设计,而非弧面,降低加工难度,达到平面与平面间的接触,消除内外螺纹在不同椭圆度等因素影响下,提高过盈配合对螺纹齿形密封性能的影响。
7.在管端和接箍中间增加锥面与锥面的径向密封结构和扭矩台肩平面,螺纹接头综合采用了螺纹牙型的过盈密封及锥形密封面径向过盈密封的双重密封结构,且其双重密封结构之间不会发生任何干涉,同时并增加了接箍台肩平面长度, 同时显著提高螺纹接头抗弯曲状态下的高密封性能。
8.其接箍扭矩台肩平面和管体内壁采用内平齐设计,可有效减少相应介质在管道内通行时的紊流现象,使能量损失降低为最小。
9.本发明非常适合深井、超深井、高密封性能要求的油气井使用。
附图说明
图1是本发明中接箍本体的结构示意图。
图2是图1中A部分的放大示意图。
图3是图1中B部分的放大示意图。
图4是本发明中油井管本体的结构示意图。
图5是图4中C部分的放大示意图。
图6是图4中D部分的放大示意图。
图7是本发明中接箍本体与油井管本体的结合结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
一种平面台肩平锥形密封面变牙宽楔型接箍结构,包括接箍本体1,接箍本体1的两端内壁为接箍内螺纹段1.1,在两段接箍内螺纹段1.1之间设有接箍台肩1.2;由接箍本体1的两端部向其中部的方向上,所述接箍内螺纹段1.1的齿宽呈逐渐增大设置,接箍内螺纹段1.1的齿槽宽呈逐渐缩小设置,相邻两个齿宽之差与相邻两个齿槽宽之差相等,接箍内螺纹段1.1的每个齿的高度相等,接箍内螺纹段1.1的锥度为1:16~1:24;在接箍本体1的纵向截面上,接箍内螺纹段1.1上的每个齿呈楔形,在每个齿的顶端两侧均设有倒钩;接箍内螺纹段1.1上的每个齿的顶部中部为内齿顶面58,内齿顶面58的内侧设有内齿顶内平面56,内齿顶面58的外侧设有内齿顶外平面53,内齿顶内平面56与内齿顶面58之间通过内齿顶面内过渡圆弧69相连,内齿顶外平面53与内齿顶面58之间通过内齿顶面外过渡圆弧70相连,齿槽中部为内齿底面57,内齿底面57为圆锥面,内齿顶面58为圆锥面,且内齿底面57、内齿顶面58的锥度与接箍内螺纹段1.1的锥度相等,内齿底面57的内侧设有内齿底内平面51,内齿底面57的外侧设有内齿底外平面54,每个齿的外侧壁设有内导向面55,内导向面55与接箍本体1的轴线所成角度为79~85°,每个齿的内侧壁设有内承载面52,内承载面52与接箍本体1的轴线所成角度为76~82°,内齿底面57与内齿底内平面51之间通过内齿底面内过渡圆弧68相连,内齿底面57与内齿底外平面54之间通过内齿底面外过渡圆弧67相连,内齿底外平面54与内导向面55之间通过内齿底外圆弧63相连,内导向面55与内齿顶内平面56之间通过内齿顶内圆弧64相连,内齿底内平面51与内承载面52之间通过内齿底内圆弧65相连,内承载面52与内齿顶外平面53之间通过内齿顶外圆弧66相连,内齿底内平面51与接箍本体1的轴线所成角度为10~20°,内齿顶外平面53与接箍本体1的轴线所成角度为10~20°,内齿底外平面54与接箍本体1的轴线所成角度为7~17°,内齿顶内平面56与接箍本体1的轴线所成角度为7~17°;且在接箍本体1的纵向截面上,位于最内端位置的内齿顶外平面53与内密封面72相接,内密封面72与内过渡圆弧78圆滑过渡,内过渡圆弧78与内台肩斜面76圆滑过渡,内台肩斜面76与内台肩圆弧74圆滑过渡,内台肩圆弧74与接箍台肩1.2的内孔壁面圆滑过渡。
作为优选,所述接箍内螺纹段1.1的锥度为1:18~1:20。
作为优选,所述接箍内螺纹段(1.1)的螺纹扣数为12~30扣之间,是螺纹综合设计时的一个选定量;内首扣牙槽宽度为:1.8~3.2mm范围,是螺纹综合设计时的一个选定量;其内首扣牙槽宽的倍数选为2.2~3.0倍,其也是螺纹综合设计时的一个选定量;内导向面螺距为:其内首扣牙槽宽宽度乘以其内首扣牙槽宽的倍数,且≤3.96-9.60mm范围;内承载面螺距等于:(内螺纹总长度减去2倍内首扣牙槽宽)/(总扣数减去1扣数);内首扣牙齿宽为:内导向面螺距减去内首扣牙槽宽;内齿高为:1.5~2.5mm。。
作为优选,在接箍本体1的纵向截面上,接箍内螺纹段1.1的首扣齿宽为1.8~3.2mm;接箍内螺纹段1.1的每个齿的齿高为1.5~2.5mm;内齿顶内平面56的宽度为0.5~3.0 mm;内承载面52的宽度为0.5~2.0 mm;内齿底外平面54的宽度为0.5~3.0 mm;内齿顶外平面53的宽度为0.5~3.0 mm;内导向面55的宽度为0.5~2.0 mm;内齿底内平面51的宽度为0.5~3.0 mm;内齿顶面58的宽度为0.05~6.0 mm;内齿底面57的宽度为0.05~6.0 mm;内齿顶外圆弧66的半径为0.20~0.50mm;内齿底外圆弧63的半径为0.20~0.50mm;内齿顶内圆弧64的半径为0.20~0.50mm;内齿底内圆弧65的半径为0.20~0.50mm;内齿底面外过渡圆弧67的半径为0.15~0.30mm;内齿底面内过渡圆弧68的半径为0.15~0.30mm;内齿顶面内过渡圆弧69的半径为0.15~0.30mm;内齿顶面内过渡圆弧69的半径为0.15~0.30mm;内承载面52与接箍本体1的轴线之间的角度小于内导向面55与接箍本体1的轴线之间的角度为2~6°。
作为优选,在接箍本体1的纵向截面上,所述内密封面72的长度为6~12mm,其锥度为1:8~1:12;内过渡圆弧78的半径为0.3~1.5mm,内过渡圆弧78对应的圆心角度数为50~60°;内台肩斜面76与接箍台肩1.2的内孔壁所成的角度为65~85°;内密封面72的最内端部与接箍台肩1.2的内孔壁之间的距离为3.0~7.0mm;内台肩圆弧74的半径为0.3~1.5mm,内过渡圆弧78对应的圆心角度数为50~60°。
一种平面台肩平锥形密封面变牙宽楔型油井管结构,包括油井管本体2,油井管本体2的两端外壁为油井管外螺纹段2.1,在两段油井管外螺纹段2.1之间设有油井管台肩2.2,由油井管本体2的两端部向其中部的方向上,所述油井管外螺纹段2.1的齿宽呈逐渐缩小设置,油井管外螺纹段2.1的齿槽宽呈逐渐增大设置,相邻两个齿宽之差与相邻两个齿槽宽之差相等,油井管外螺纹段2.1的每个齿的高度相等,油井管外螺纹段2.1的锥度为1:16~1:24;在油井管本体2的纵向截面上,油井管外螺纹段2.1上的每个齿呈楔形,在每个齿的顶端两侧均设有倒钩;油井管外螺纹段2.1上的每个齿的顶部中部为外齿顶面26,外齿顶面26的内侧设有外齿顶内平面20,外齿顶面26的外侧设有外齿顶外平面23,外齿顶内平面20与外齿顶面26之间通过外齿顶面内过渡圆弧37相连,外齿顶外平面23与外齿顶面26之间通过外齿顶面外过渡圆弧36相连,齿槽中部为外齿底面27,外齿底面27为圆锥面,外齿顶面26为圆锥面,且外齿顶面26、外齿底面27的锥度与油井管外螺纹段2.1的锥度相等,外齿底面27的内侧设有外齿底内平面25,外齿底面27的外侧设有外齿底外平面22,每个齿的外侧壁设有外导向面24,外导向面24与油井管本体2的轴线所成角度为79~85°,每个齿的内侧壁设有外承载面21,外承载面21与油井管本体2的轴线所成角度为76~82°,外齿底面27与外齿底内平面25之间通过外齿底面内过渡圆弧38相连,外齿底面27与外齿底外平面22之间通过外齿底面外过渡圆弧39相连,外齿底外平面22与外承载面21之间通过外齿底外圆弧35相连,外承载面21与外齿顶内平面20之间通过外齿顶左内圆弧34相连,外齿底内平面25与外导向面24之间通过外齿底内圆弧33相连,外导向面24与外齿顶外平面23之间通过外齿顶外圆弧32相连,内齿底内平面51与接箍本体1的轴线所成角度为10~20°,外齿顶外平面23与油井管本体2的轴线所成角度为10~20°,外齿底外平面22与油井管本体2的轴线所成角度为7~17°,外齿顶内平面20与油井管本体2的轴线所成角度为7~17°;且在油井管本体2的纵向截面上,位于最外端的外齿底外平面22与外密封面73相接,外密封面73与外过渡圆弧79圆滑过渡,外过渡圆弧79与外台肩斜面77圆滑过渡,外台肩斜面77与管端内壁镗孔75相接,管端内壁镗孔75与内壁平滑过渡面81相接,内壁平滑过渡面81与油井管外螺纹段2.1的内孔壁相接。
作为优选,所述油井管外螺纹段2.1的锥度为1:18~1:20。
作为优选,所述油井管外螺纹段2.1的螺纹扣数为12~30;外首扣牙齿宽宽度为:1.8~3.2mm;外导向面螺距为:外首扣牙齿宽乘以外首扣牙齿宽的倍数,外导向面螺距为3.96~9.60mm,所述外首扣牙齿宽的倍数为2.2~3.0;外承载面螺距为:(外螺纹总长度减去2倍外首扣牙齿宽)/(总扣数减去1) ;外首扣牙槽宽为:外导向面螺距减去外首扣牙齿宽;外齿高为:1.5~2.5mm。
作为优选,在油井管本体2的纵向截面上,油井管外螺纹段2.1的首扣齿宽为1.8~3.2mm;油井管外螺纹段2.1的每个齿的齿高为1.5~2.5mm;外齿顶内平面20的宽度为0.5~3.0 mm;外承载面21的宽度为0.5~2.0 mm;外齿底外平面22的宽度为0.5~3.0 mm;外齿顶外平面23的宽度为0.5~3.0 mm;外导向面24的宽度为0.5~2.0 mm;外齿底内平面25的宽度为0.5~3.0 mm;外齿顶面26的宽度为0.05~6.0 mm;外齿底面27的宽度为0.05~6.0 mm;外齿顶外圆弧32的半径为0.20~0.50mm;外齿底内圆弧33的半径为0.20~0.50mm;外齿顶左内圆弧34的半径为0.20~0.50mm;外齿底外圆弧35的半径为0.20~0.50mm;外齿顶面外过渡圆弧36的半径为0.15~0.30mm;外齿顶面内过渡圆弧37的半径为0.15~0.30mm;外齿底面内过渡圆弧38的半径为0.15~0.30mm;外齿底面外过渡圆弧39的半径为0.15~0.30mm;外承载面21与油井管本体2轴线之间的角度小于外导向面24与油井管本体2轴线之间的角度为2~6°。
作为优选,在油井管本体2的纵向截面上,所述外密封面73的长度为6~12mm,其锥度为1:8~1:12;外过渡圆弧79的半径为0.3~1.5mm,外过渡圆弧79对应的圆心角度数为50~60°;外台肩斜面77与管端内壁镗孔75所成角为95~115°;管端内壁镗孔75的长度为3~10mm;内壁平滑过渡面81的长度为3~10mm;管端内壁镗孔75与内壁平滑过渡面81所成角度数为10~20°;内壁平滑过渡面81与油井管外螺纹段2.1的内孔壁所成角度数为10~20°。
使用时,油井管本体2与油井管本体2通过接箍本体1以螺纹连接形式进行若干连接形成套管柱,套管柱内部成一个联通的整体空间通道,内部通道能够承受外界高强度复杂的力施加而不泄露或损坏,满足油气田生产使用要求。
本发明的参数设计要求:
接箍内螺纹段1.1与油井管外螺纹段2.1的螺纹参数大部分相同,只是公差不同,为满足内外螺纹齿形间的过盈配合要求。
1. 油井管外螺纹段2.1外螺纹总长度与接箍内螺纹段1.1内螺纹总长度尺寸要求相同,长度均在50~160mm范围内,依据管子壁厚和外径而不同,可以参考API SPEC 5B《套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验规范》。
2. 油井管外螺纹段2.1、油井管外螺纹段2.1牙数依据螺纹总长度的范围和牙宽及螺距的大小来确定螺纹的具体牙数,最好是控制在12~30牙之间,是螺纹综合设计时的一个选定量。
3. 油井管外螺纹段2.1与接箍内螺纹段1.1的锥度相同。
4. 油井管外螺纹段2.1首扣牙齿宽与接箍内螺纹段1.1首扣牙槽宽的宽度要求相同。油井管外螺纹段2.1首扣牙齿宽的倍数与接箍内螺纹段1.1首扣牙槽宽的倍数要求相同。油井管外螺纹段2.1的外导向面螺距与接箍内螺纹段1.1的内导向面螺距要求相同。油井管外螺纹段2.1的外承载面螺距15与接箍内螺纹段1.1的内承载面螺距46要求相同。
5. 油井管外螺纹段2.1首扣牙齿宽与接箍内螺纹段1.1首扣牙槽宽的宽度要求相同。其后续外螺纹牙齿宽度增加量与后续内螺纹牙槽宽度增加量其两者要求相同。
6. 油井管外螺纹段2.1的外承载面螺距与接箍内螺纹段1.1的内承载面螺距两者要求相同。
7. 油井管外螺纹段2.1的首扣牙槽宽计算式为:油井管外螺纹段2.1的外导向面螺距-油井管外螺纹段2.1的外首扣牙齿宽宽度,其后续的牙槽宽度将逐渐减小,其减小量为承载面螺距减去导向面螺距的差值,但不能小于0.02mm。接箍内螺纹段1.1的首扣牙齿宽计算式为:接箍内螺纹段1.1的内导向面螺距-接箍内螺纹段1.1的内首扣牙槽宽宽度,与其相同。
8. 油井管外螺纹段2.1外螺纹的牙齿宽的增加量与牙槽宽度减小量相同,油井管外螺纹段2.1的外承载面螺距与外导向面螺距均保持不变,而逐渐变化的是牙齿宽度和牙槽宽度,保证内外螺纹的旋合顺畅无干涉;
接箍内螺纹段1.1的内螺纹的牙槽宽的增加量与牙齿宽度减小量相同,接箍内螺纹段1.1的内承载面螺距与接箍内螺纹段1.1的内导向面螺距均保持不变,而逐渐变化的是牙齿宽度和牙槽宽度,保证内外螺纹的旋合顺畅无干涉。保证了其内外螺纹正常配合。
9. 油井管外螺纹段2.1的齿高与接箍内螺纹段1.1的齿高相同,它们均在1.5~2.5mm之间,齿底与齿底平行。
10. 外承载面21与油井管本体2轴线之间的角度小于外导向面24与油井管本体2轴线之间的角度,它们之间保持2~6°的差值。内承载面52与接箍本体1的轴线之间的角度小于内导向面55与接箍本体1的轴线之间的角度,它们之间保持2~6°的差值,两者相同,形成楔形牙型角度。
11. 外齿顶内平面20与油井管本体2轴线之间的角度、外齿底外平面22与油井管本体2轴线之间的角度、内齿底内平面51与接箍本体1的轴线之间的角度、内齿顶外平面53与接箍本体1的轴线之间的角度完全相同,外齿顶外平面23与油井管本体2轴线之间的角度、外齿底内平面25与油井管本体2轴线之间的角度、内齿底外平面54与接箍本体1的轴线之间的角度、内齿顶内平面56与接箍本体1的轴线之间的角度完全相同。外齿底外平面22与油井管本体2轴线之间的角度、外齿顶外平面23与油井管本体2轴线之间的角度、内齿顶内平面56与接箍本体1的轴线之间的角度、内齿底外平面54与接箍本体1的轴线之间的角度完全相同。外齿底外平面22与油井管本体2轴线之间的角度、外齿顶内平面20与油井管本体2轴线之间的角度、内齿顶外平面53与接箍本体1的轴线之间的角度、内齿底内平面51与接箍本体1的轴线之间的角度完全相同。
12. 外齿顶外圆弧32与外齿顶内圆弧34的半径以及它们对应的圆心角度数相同,内齿底外圆弧63与内齿底内圆弧65的半径以及它们对应的圆心角度数相同,外齿顶外圆弧32及外齿顶内圆弧34的圆弧半径大于内齿底外圆弧63及内齿底内圆弧65半径0.05~0.20mm。同时,外齿底内圆弧33与外齿底外圆弧35的半径以及它们对应的圆心角度数相同,内齿顶内圆弧64与内齿顶外圆弧66的半径以及它们对应的圆心角度数相同,外齿底内圆弧33及外齿底外圆弧35的圆弧半径大于内齿顶内圆弧64及内齿顶外圆弧66半径0.05~0.20mm。这样可以消除其过盈配合时发生的触碰损伤划伤现象。
13. 外齿顶面外过渡圆弧36、外齿顶面内过渡圆弧37与外齿底面内过渡圆弧38、外齿底面外过渡圆弧39、内齿底面外过渡圆弧67、内齿底面内过渡圆弧68与内齿顶面内过渡圆弧69、内齿顶面外过渡圆弧70半径均相同,它们的半径范围为0.20~0.50mm。
14.内密封面72的长度小于或者等于外密封面73的长度,其偏差控制在0~0.10mm的公差范围,它们采用相同锥度,其外径偏差依据管体外径的大小,控制在0.30~1.0mm,以满足其内外台肩长度之间的轴向过盈配合及内外密封面外径之间的径向过盈配合,提高其抗扭矩性能和高密封性能要求。
15.内密封面72的厚度与外密封面73的厚度要求相等。内过渡圆弧78的半径小于或者等于外过渡圆弧79的半径,其偏差控制在0.1~0.3mm的范围,拟满足在过盈配合后其顶点不被损伤,防止卸扣时对密封面的伤害,增加上卸扣的次数及相关性能不受影响。
16. 内台肩斜面76与接箍台肩1.2的内孔壁所成的角度小于或者等于外台肩斜面77与管端内壁镗孔75所成角的补角,其偏差控制在0.5~1.5°的范围,以0.5~1.0°最佳,满足内、外台肩在机紧情况下造成的塑性变型状态下达到过盈配合,提高其抗扭矩性能要求;
17.管端内壁镗孔75的长度为3~10mm,其内径与台肩平面的内径相同即可,内壁平滑过渡面81只要满足于管体内壁平滑过渡,长度要求为3~10mm即可。
具体操作如下:
首先将油井管本体2的外螺纹表面均匀涂抹一层石油专用螺纹脂,再将接箍1的任意一端先套入油井管本体2外螺纹上,套入时应将接箍本体1的内螺纹与油井管本体2的外螺纹进行对扣,套扣时应轻缓将内螺纹齿顶与外螺纹齿底接触,由于采用了牙型承载面与牙型导向面的螺距不相等的螺纹旋合形式,其接箍端部和管体端部螺纹的牙齿宽小于牙槽宽是等螺距变牙宽的螺纹牙型,其对扣非常方便和简单,基本不会发生错扣现象。先套入2~4扣左右,开始人工手紧旋合内外螺纹时非常轻松,在人工不能旋转时即手紧完成。由于螺纹的锥度、螺距、牙型、齿高等若干参数的公差不同,手紧后螺纹连接并不能拧接到位,还需要进一步使用大扭矩/高扭矩进行机器拧接时,应采用慢速或缓速进行。此时在螺纹长度内每一个牙的承载面和导向面及齿顶齿底都在均匀受力的情况下达到牙型间的过盈配合,牙型结构密封性能显著提高,管体和接箍椭圆度的不同对螺纹配合的影响非常小。同时,内齿底面57与接箍台肩1.2的端面的相交线与接箍台肩1.2的内孔壁面之间的面、外齿底面27与接箍内螺纹段1.1的端面的相交线与接箍内螺纹段1.1内孔壁之间的面达到了过盈配合,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。使其螺纹接头具有高密封性能、高复合承载能力。在机器拧接完成后用超薄专用刀片检测其内外台肩过盈配合后的间隙大小,不得有任何缝隙,以圆周性检测不能将刀片的刀尖插入即可。
同样的紧固方法将其接箍本体1和油井管本体2是以虚拟的中径线为基准进行紧密配合,达到油井管本体2与油井管本体2通过接箍本体1进行若干连接型成油、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型成数千米的油套管柱。
本发明的工作原理如下:
管体与管体通过接箍以螺纹连接形式进行若干连接形成套管柱,套管柱内部成一个联通的整体空间通道,内部通道能够承受外界高强度复杂的力施加而不泄露或损坏,满足油气田生产使用要求。

Claims (9)

1.一种平面台肩平锥形密封面变牙宽楔型接箍结构,包括接箍本体(1),接箍本体(1)的两端内壁为接箍内螺纹段(1.1),在两段接箍内螺纹段(1.1)之间设有接箍台肩(1.2);其特征是:由接箍本体(1)的两端部向其中部的方向上,所述接箍内螺纹段(1.1)的齿宽呈逐渐增大设置,接箍内螺纹段(1.1)的齿槽宽呈逐渐缩小设置,相邻两个齿宽之差与相邻两个齿槽宽之差相等,接箍内螺纹段(1.1)的每个齿的高度相等,接箍内螺纹段(1.1)的锥度为1:16~1:24;在接箍本体(1)的纵向截面上,接箍内螺纹段(1.1)上的每个齿呈楔形,在每个齿的顶端两侧均设有倒钩;接箍内螺纹段(1.1)上的每个齿的顶部中部为内齿顶面(58),内齿顶面(58)的内侧设有内齿顶内平面(56),内齿顶面(58)的外侧设有内齿顶外平面(53),内齿顶内平面(56)与内齿顶面(58)之间通过内齿顶面内过渡圆弧(69)相连,内齿顶外平面(53)与内齿顶面(58)之间通过内齿顶面外过渡圆弧(70)相连,齿槽中部为内齿底面(57),内齿底面(57)为圆锥面,内齿顶面(58)为圆锥面,且内齿底面(57)、内齿顶面(58)的锥度与接箍内螺纹段(1.1)的锥度相等,内齿底面(57)的内侧设有内齿底内平面(51),内齿底面(57)的外侧设有内齿底外平面(54),每个齿的外侧壁设有内导向面(55),内导向面(55)与接箍本体(1)的轴线所成角度为79~85°,每个齿的内侧壁设有内承载面(52),内承载面(52)与接箍本体(1)的轴线所成角度为76~82°,内齿底面(57)与内齿底内平面(51)之间通过内齿底面内过渡圆弧(68)相连,内齿底面(57)与内齿底外平面(54)之间通过内齿底面外过渡圆弧(67)相连,内齿底外平面(54)与内导向面(55)之间通过内齿底外圆弧(63)相连,内导向面(55)与内齿顶内平面(56)之间通过内齿顶内圆弧(64)相连,内齿底内平面(51)与内承载面(52)之间通过内齿底内圆弧(65)相连,内承载面(52)与内齿顶外平面(53)之间通过内齿顶外圆弧(66)相连,内齿底内平面(51)与接箍本体(1)的轴线所成角度为10~20°,内齿顶外平面(53)与接箍本体(1)的轴线所成角度为10~20°,内齿底外平面(54)与接箍本体(1)的轴线所成角度为7~17°,内齿顶内平面(56)与接箍本体(1)的轴线所成角度为7~17°;且在接箍本体(1)的纵向截面上,位于最内端位置的内齿顶外平面(53)与内密封面(72)相接,内密封面(72)与内过渡圆弧(78)圆滑过渡,内过渡圆弧(78)与内台肩斜面(76)圆滑过渡,内台肩斜面(76)与内台肩圆弧(74)圆滑过渡,内台肩圆弧(74)与接箍台肩(1.2)的内孔壁面圆滑过渡;
所述接箍内螺纹段(1.1)的螺纹扣数为12~30;内首扣牙槽宽度为:1.8~3.2mm;内导向面螺距为:其内首扣牙槽宽宽度乘以其内首扣牙槽宽的倍数,内导向面螺距为3.96~9.60,所述内首扣牙槽宽的倍数为2.2~3.0;内承载面螺距等于:(内螺纹总长度减去2倍内首扣牙槽宽)/(总扣数减去1);内首扣牙齿宽为:内导向面螺距减去内首扣牙槽宽;内齿高为:1.5~2.5mm。
2.如权利要求1所述的平面台肩平锥形密封面变牙宽楔型接箍结构,其特征是:所述接箍内螺纹段(1.1)的锥度为1:18~1:20。
3.如权利要求1所述的平面台肩平锥形密封面变牙宽楔型接箍结构,其特征是:在接箍本体(1)的纵向截面上,接箍内螺纹段(1.1)的首扣齿宽为1.8~3.2mm;接箍内螺纹段(1.1)的每个齿的齿高为1.5~2.5mm;内齿顶内平面(56)的宽度为0.5~3.0 mm;内承载面(52)的宽度为0.5~2.0 mm;内齿底外平面(54)的宽度为0.5~3.0 mm;内齿顶外平面(53)的宽度为0.5~3.0 mm;内导向面(55)的宽度为0.5~2.0 mm;内齿底内平面(51)的宽度为0.5~3.0 mm;内齿顶面(58)的宽度为0.05~6.0 mm;内齿底面(57)的宽度为0.05~6.0 mm;内齿顶外圆弧(66)的半径为0.20~0.50mm;内齿底外圆弧(63)的半径为0.20~0.50mm;内齿顶内圆弧(64)的半径为0.20~0.50mm;内齿底内圆弧(65)的半径为0.20~0.50mm;内齿底面外过渡圆弧(67)的半径为0.15~0.30mm;内齿底面内过渡圆弧(68)的半径为0.15~0.30mm;内齿顶面内过渡圆弧(69)的半径为0.15~0.30mm;内齿顶面内过渡圆弧(69)的半径为0.15~0.30mm;内承载面(52)与接箍本体(1)的轴线之间的角度小于内导向面(55)与接箍本体(1)的轴线之间的角度为2~6°。
4.如权利要求1所述的平面台肩平锥形密封面变牙宽楔型接箍结构,其特征是:在接箍本体(1)的纵向截面上,所述内密封面(72)的长度为6~12mm,其锥度为1:8~1:12;内过渡圆弧(78)的半径为0.3~1.5mm,内过渡圆弧(78)对应的圆心角度数为50~60°;内台肩斜面(76)与接箍台肩(1.2)的内孔壁所成的角度为65~85°;内密封面(72)的最内端部与接箍台肩(1.2)的内孔壁之间的距离为3.0~7.0mm;内台肩圆弧(74)的半径为0.3~1.5mm,内过渡圆弧(78)对应的圆心角度数为50~60°。
5.一种平面台肩平锥形密封面变牙宽楔型油井管结构,包括油井管本体(2),油井管本体(2)的两端外壁为油井管外螺纹段(2.1),在两段油井管外螺纹段(2.1)之间设有油井管台肩(2.2),由油井管本体(2)的两端部向其中部的方向上,所述油井管外螺纹段(2.1)的齿宽呈逐渐缩小设置,油井管外螺纹段(2.1)的齿槽宽呈逐渐增大设置,相邻两个齿宽之差与相邻两个齿槽宽之差相等,油井管外螺纹段(2.1)的每个齿的高度相等,油井管外螺纹段(2.1)的锥度为1:16~1:24;在油井管本体(2)的纵向截面上,油井管外螺纹段(2.1)上的每个齿呈楔形,在每个齿的顶端两侧均设有倒钩;油井管外螺纹段(2.1)上的每个齿的顶部中部为外齿顶面(26),外齿顶面(26)的内侧设有外齿顶内平面(20),外齿顶面(26)的外侧设有外齿顶外平面(23),外齿顶内平面(20)与外齿顶面(26)之间通过外齿顶面内过渡圆弧(37)相连,外齿顶外平面(23)与外齿顶面(26)之间通过外齿顶面外过渡圆弧(36)相连,齿槽中部为外齿底面(27),外齿底面(27)为圆锥面,外齿顶面(26)为圆锥面,且外齿顶面(26)、外齿底面(27)的锥度与油井管外螺纹段(2.1)的锥度相等,外齿底面(27)的内侧设有外齿底内平面(25),外齿底面(27)的外侧设有外齿底外平面(22),每个齿的外侧壁设有外导向面(24),外导向面(24)与油井管本体(2)的轴线所成角度为79~85°,每个齿的内侧壁设有外承载面(21),外承载面(21)与油井管本体(2)的轴线所成角度为76~82°,外齿底面(27)与外齿底内平面(25)之间通过外齿底面内过渡圆弧(38)相连,外齿底面(27)与外齿底外平面(22)之间通过外齿底面外过渡圆弧(39)相连,外齿底外平面(22)与外承载面(21)之间通过外齿底外圆弧(35)相连,外承载面(21)与外齿顶内平面(20)之间通过外齿顶内圆弧(34)相连,外齿底内平面(25)与外导向面(24)之间通过外齿底内圆弧(33)相连,外导向面(24)与外齿顶外平面(23)之间通过外齿顶外圆弧(32)相连,内齿底内平面(51)与接箍本体(1)的轴线所成角度为10~20°,外齿顶外平面(23)与油井管本体(2)的轴线所成角度为10~20°,外齿底外平面(22)与油井管本体(2)的轴线所成角度为7~17°,外齿顶内平面(20)与油井管本体(2)的轴线所成角度为7~17°;且在油井管本体(2)的纵向截面上,位于最外端的外齿底外平面(22)与外密封面(73)相接,外密封面(73)与外过渡圆弧(79)圆滑过渡,外过渡圆弧(79)与外台肩斜面(77)圆滑过渡,外台肩斜面(77)与管端内壁镗孔(75)相接,管端内壁镗孔(75)与内壁平滑过渡面(81)相接,内壁平滑过渡面(81)与油井管外螺纹段(2.1)的内孔壁相接。
6.如权利要求5所述的平面台肩平锥形密封面变牙宽楔型油井管结构,其特征是:所述油井管外螺纹段(2.1)的锥度为1:18~1:20。
7.如权利要求5所述的平面台肩平锥形密封面变牙宽楔型油井管结构,其特征是:所述油井管外螺纹段(2.1)的螺纹扣数为12~30;外首扣牙齿宽宽度为:1.8~3.2mm;外导向面螺距为:外首扣牙齿宽乘以外首扣牙齿宽的倍数,外导向面螺距为3.96~9.60mm,所述外首扣牙齿宽的倍数为2.2~3.0;外承载面螺距为:(外螺纹总长度减去2倍外首扣牙齿宽)/(总扣数减去1);外首扣牙槽宽为:外导向面螺距减去外首扣牙齿宽;外齿高为:1.5~2.5mm。
8.如权利要求5所述的平面台肩平锥形密封面变牙宽楔型油井管结构,其特征是:在油井管本体(2)的纵向截面上,油井管外螺纹段(2.1)的首扣齿宽为1.8~3.2mm;油井管外螺纹段(2.1)的每个齿的齿高为1.5~2.5mm;外齿顶内平面(20)的宽度为0.5~3.0 mm;外承载面(21)的宽度为0.5~2.0 mm;外齿底外平面(22)的宽度为0.5~3.0 mm;外齿顶外平面(23)的宽度为0.5~3.0 mm;外导向面(24)的宽度为0.5~2.0 mm;外齿底内平面(25)的宽度为0.5~3.0 mm;外齿顶面(26)的宽度为0.05~6.0 mm;外齿底面(27)的宽度为0.05~6.0 mm;外齿顶外圆弧(32)的半径为0.20~0.50mm;外齿底内圆弧(33)的半径为0.20~0.50mm;外齿顶左内圆弧(34)的半径为0.20~0.50mm;外齿底外圆弧(35)的半径为0.20~0.50mm;外齿顶面外过渡圆弧(36)的半径为0.15~0.30mm;外齿顶面内过渡圆弧(37)的半径为0.15~0.30mm;外齿底面内过渡圆弧(38)的半径为0.15~0.30mm;外齿底面外过渡圆弧(39)的半径为0.15~0.30mm;外承载面(21)与油井管本体(2)轴线之间的角度小于外导向面(24)与油井管本体(2)轴线之间的角度为2~6°。
9.如权利要求5所述的平面台肩平锥形密封面变牙宽楔型油井管结构,其特征是:在油井管本体(2)的纵向截面上,所述外密封面(73)的长度为6~12mm,其锥度为1:8~1:12;外过渡圆弧(79)的半径为0.3~1.5mm,外过渡圆弧(79)对应的圆心角度数为50~60°;外台肩斜面(77)与管端内壁镗孔(75)所成角为95~115°;管端内壁镗孔(75)的长度为3~10mm;内壁平滑过渡面(81)的长度为3~10mm;管端内壁镗孔(75)与内壁平滑过渡面(81)所成角度数为10~20°;内壁平滑过渡面(81)与油井管外螺纹段(2.1)的内孔壁所成角度数为10~20°。
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