CN104632097A - 特殊偏梯形螺纹油套管连接接头 - Google Patents

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武磊
张国辉
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Abstract

本发明涉及一种特殊偏梯形螺纹油套管连接接头,包括公接头以及母接头本体，所述公接头的外螺纹及母接头的内螺纹为锯齿形螺纹，所述螺纹包括承载面、非承载面、齿顶面以及齿根面；其中齿顶面、齿根面与螺纹中径线相平行，其特征是：所述锯齿形螺纹的承载面与接头本体轴线垂直面的夹角为-5°+1°。有益效果：克服了现有的API偏梯形螺纹接头连接强度低，密封能力差等缺陷，改良的带有-5度角承载面螺纹提供了优良的抗拉强度和抗压强度。倒钩形密封面增加了油套管连接接头的结构强度，提高了弯曲和耐压缩性能，特别适用于高深井、超高深井的井况下使用。大螺距的设计，使得油套管连接接头能够实现迅速上扣，提高油田下井效率。

Description

特殊偏梯形螺纹油套管连接接头
技术领域
本发明属于石油工程钻探用具，尤其涉及一种特殊偏梯形螺纹油套管连接接头。
背景技术
当前地球上陆地浅层石油资源已经基本枯竭，沿海国家已转向海洋石油钻采，内陆国家通过提升钻探能力寻求深层石油资源。随着石油勘探技术和钻采设备的改进，伴随而来的是深井、超深井和强化钻井对油套管的性能提出了更高的要求。
石油油套管是开采石油和天然气的重要工具,在钻井过程中,它是连接地面和地下的枢纽。油套管通过接头连接起来,接头上加工有内、外螺纹。近几年，随着我国石油工业的发展，油、气钻井环境日益苛刻，特别是深井、超深井、高压气井，水平井、大位移井、热注采井的开发，对油、套管的使用性能提出了更高的要求。
API常规油套管密封及强度均通过螺纹副承担，密封性能好的螺纹强度不高，强度高的螺纹密封性能又不好。因此其无法满足高密封、高强度复杂井况的要求。这也是当前影响石油天然气开采的最大障碍之一。申请人专利申请号（201220515363.5）公开了一种大口径双头螺纹石油套管的螺纹结构，包括外螺纹以及内螺纹，其特征在于：所述螺纹为锯齿形螺纹，包括承载面、非承载面、齿顶面以及齿根面；其中齿顶面、齿根面与螺纹中径线相平行，螺纹中径线的锥度为1:7.5。所述承载面与本体轴线垂直面的夹角为-3°。在高深井、超高深井的井况下，-3°的螺纹承载面已无法满足其强度要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种特殊偏梯形螺纹油套管连接接头，经计算机有限元模拟分析，-5°的螺纹承载面其抗拉强度较-3°螺纹承载面有较大提高，能有效解决高深井、超高深井的井况下的强度要求。本发明改进了结构强度，还解决了油套管连接接头在高深井、超高深井的井况下抗弯曲和耐压缩性、抗挤毁的能力。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种特殊偏梯形螺纹油套管连接接头,包括公接头以及母接头本体，公、母接头本体通过外、母接头螺纹相互配合连接，所述公接头的外螺纹及母接头的内螺纹为锯齿形螺纹，所述螺纹包括承载面、非承载面、齿顶面以及齿根面；其中齿顶面、齿根面与螺纹中径线相平行，其特征是：所述锯齿形螺纹的承载面与接头本体轴线垂直面的夹角为-5°+1°。
所述母接头两端内螺纹向内延伸的根部处设有增加抗扭强度的密封面，所述密封面横截面形状由第一斜线通过过渡斜边与第二斜线连接呈倒钩状，所述第一斜线与接头本体轴线的夹角为20°±5°;第二斜线与接头本体轴线垂直面的夹角为15°+45’，所述公接头的外螺纹两端头横截面形状与母接头内螺纹的密封面横截面形状匹配。
所述第一斜线与第二斜线连接的过渡斜边与接头本体轴线的夹角为5°42′38″，即，过渡斜边锥度为1:5。
所述公接头的外螺纹及母接头的内螺纹螺距为4牙/吋。
有益效果：与现有技术相比，克服了现有的API（美国石油学会）偏梯形螺纹接头连接强度低，密封能力差等缺陷，改良的带有-5度角承载面螺纹提供了优良的抗拉强度和抗压强度。倒钩形密封面增加了油套管连接接头的结构强度，提高了弯曲和耐压缩性能，特别适用于高深井、超高深井的井况下使用。大螺距的设计，使得油套管连接接头能够实现迅速上扣，提高油田下井效率。
附图说明
图1是本发明母接头的结构示意图；
图2是图1中C局部放大图；
图3是本发明公接头的结构示意图；
图4是图3的B局部放大图；
图5是锯齿形螺纹的承载面的局部放大剖面图。
图中：1、公接头本体，2、母接头本体，3、锯齿形螺纹，4、承载面，5、非承载面，6、齿顶面，7、齿根面，8、密封面，9、第一斜线，10、过渡斜边，11、第二斜线。
具体实施方式
下面结合较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。
实施例
详见附图，本发明提供一种特殊偏梯形螺纹油套管连接接头,包括公接头本体1以及母接头本体2，公、母接头本体通过外、母接头螺纹相互配合连接，所述公接头的外螺纹及母接头的内螺纹为锯齿形螺纹3，所述螺纹包括承载面4、非承载面5、齿顶面6以及齿根面7；其中齿顶面、齿根面与螺纹中径线相平行，所述锯齿形螺纹的承载面与接头本体轴线垂直面的夹角为-5°+1°。
详见图2，本发明的优选方案是,在母接头两端内螺纹向内延伸的根部（即通常的内螺纹的退刀槽处）设有增加抗扭强度的密封面8，所述密封面横截面形状由第一斜线9通过过渡斜边10与第二斜线11连接呈倒钩状（石油行业的统称），所述第一斜线与接头本体轴线的夹角为20°±5°;第二斜线与接头本体轴线垂直面的夹角为15°+45’，所述公接头的外螺纹两端头横截面形状与母接头内螺纹的密封面横截面形状匹配。所述第一斜线与第二斜线连接的过渡斜边与接头本体轴线的夹角为5°42′38″即，过渡斜边锥度为1:5，且过渡斜边的斜度为向上翘起，与第一斜线及第二斜线形成倒钩状。从而提高了抗弯曲和耐压缩性、抗挤毁的能力。传统的API标准油套管应力极值较大，应力集中现象比较严重，容易发生疲劳失效，为此设计的新型油套管结构。在准确测定摩擦因数的基础上，利用有限元分析软件MSCMarc对两种结构的油套管在受扭矩、扭矩＋拉伸载荷及扭矩＋压缩载荷作用下产生的不同变化进行了比较分析。结果表明，新型结构在保持与普通API油套管具有相当的连接强度时，还显著提高了油套管的抗扭性能，而且其密封性能优于API标准接头，不容易发生胀扣和刺漏等失效事故；与API油套管相比，新型结构更适用于大扭矩、弯曲载荷的高压及超高压等复杂的油气井中。
本发明的优选方案是,所述公接头的外螺纹及母接头的内螺纹螺距为4牙/吋，相对传统接头的5-8牙/吋，增大螺距近一倍，使得油套管连接接头能够实现迅速上扣，提高油田下井效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种特殊偏梯形螺纹油套管连接接头,包括公接头以及母接头本体，公、母接头本体通过外、母接头螺纹相互配合连接，所述公接头的外螺纹及母接头的内螺纹为锯齿形螺纹，所述螺纹包括承载面、非承载面、齿顶面以及齿根面；其中齿顶面、齿根面与螺纹中径线相平行，其特征是：所述锯齿形螺纹的承载面与接头本体轴线垂直面的夹角为-5°+1°。
2.根据权利要求1所述的特殊偏梯形螺纹油套管连接接头，其特征是：所述母接头两端内螺纹向内延伸的根部处设有增加抗扭强度的密封面，所述密封面横截面形状由第一斜线通过过渡斜边与第二斜线连接呈倒钩状，所述第一斜线与接头本体轴线的夹角为20°±5°;第二斜线与接头本体轴线垂直面的夹角为15°+45’，所述公接头的外螺纹两端头横截面形状与母接头内螺纹的密封面横截面形状匹配。
3.根据权利要求1或2所述的特殊偏梯形螺纹油套管连接接头，其特征是：所述第一斜线与第二斜线连接的过渡斜边与接头本体轴线的夹角为5°42′38″，即，过渡斜边锥度为1:5。
4.根据权利要求3所述的特殊偏梯形螺纹油套管连接接头，其特征是：所述公接头的外螺纹及母接头的内螺纹螺距为4牙/吋。
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