CN108756773A - 直连型油套管螺纹接头结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直连型油套管螺纹接头结构，它包括外螺纹端部和内螺纹端部，所述外螺纹端部的外壁上由尾到头依次设置有第一接触面、外螺纹段和第二接触面；所述内螺纹端部的内壁上由头到尾依次设置有第一配合接触孔、内螺纹段和第二配合接触孔，所述内螺纹端部与所述外螺纹端部旋合后至少形成防止管外流体进入管内的第一密封结构、防止管内流体流出管外的第二密封结构和啮合螺纹结构，所述啮合螺纹结构包括啮合在一起的外螺纹段和内螺纹段，所述第一密封结构包括第一组合密封结构和第一弹性密封机构，所述第一组合密封结构包括过盈配合在一起的第一接触面和第一配合接触孔。本发明不仅增加了其连接强度，而且具有优良的密封性能。

Description

直连型油套管螺纹接头结构

技术领域

本发明涉及一种直连型油套管螺纹接头结构，属于石油行业技术领域。

背景技术

目前，用于石油行业的油井管，每根油井管长约10米左右，一般在管体上加工外螺纹，在接箍上加工内螺纹，一根根的管子通过接箍连接起来形成长达数千米的油套管柱。油套管柱作为一个密闭空间，从地下向地上传输具有较高压力的石油或天然气。

接箍的外径远大于管子外径，虽然接箍的长度不到管子的1％，但却决定了整个管柱与井壁的间隙，在超深井钻井、小间隙固井作业中，由于粗大接箍的存在，常常会产生因固井间隙太小而无法保证固井质量的技术难题。为此，不少厂家研发了直连型油套管接头，直连型油套管接头的特点是不采用接箍连接，而直接用管子两端加工的内、外螺纹连接，从而减小了整个管柱的外径尺寸，这就意味着增大了油套管与井壁的间隙。

目前的直连型油套管接头可分为两类：一类是螺纹连接与管体内、外径完全相同，即完全平齐型，这种接头最大限度地增加了固井间隙，但连接效率低，只有管体的50～60％；还有一类是加厚型，连接强度取决于加厚的量，有的加厚型几乎达到了API接箍的外径，连接强度可以达到管体强度，有的则低于管体强度。随着加厚的厚度不同，加厚直连型有各种不同的连接效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种直连型油套管螺纹接头结构，它不仅增加了其连接强度，而且具有优良的密封性能。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种直连型油套管螺纹接头结构，它包括：

外螺纹端部，所述外螺纹端部的外壁上由尾到头依次设置有第一接触面、外螺纹段和第二接触面；

内螺纹端部，所述内螺纹端部的内壁上由头到尾依次设置有第一配合接触孔、内螺纹段和第二配合接触孔，所述内螺纹端部与所述外螺纹端部旋合后至少形成防止管外流体进入管内的第一密封结构、防止管内流体流出管外的第二密封结构和啮合螺纹结构，所述啮合螺纹结构包括啮合在一起的外螺纹段和内螺纹段，所述第一密封结构包括第一组合密封结构和第一弹性密封机构，所述第一组合密封结构包括过盈配合在一起的第一接触面和第一配合接触孔，第一弹性密封机构包括紧配在外螺纹端部的外壁和内螺纹端部的内壁之间的第一密封件，所述第二密封结构包括第二组合密封结构和第二弹性密封结构，所述第二组合密封结构包括过盈配合在一起的第二接触面和第二配合接触孔，第二弹性密封结构包括紧配在外螺纹端部的外壁和内螺纹端部的内壁之间的第二密封件。

进一步为了更好地防止管外流体进入管内和防止管内流体流出管外，提高其密封效果，所述第一接触面为设置在外螺纹端部的外壁上的第一锥面，所述第一配合接触孔为设置在内螺纹端部的第一锥孔；所述第二接触面为设置在外螺纹端部的外壁上的第二锥面，所述第二配合接触孔为设置在内螺纹端部的第二锥孔。

进一步，第一锥面和第一锥孔的锥度相同，均为1：3。

进一步，第二锥面和第二锥孔的锥度相同，均为1：2。

进一步，所述第一密封件设置在第一组合密封结构和啮合螺纹结构之间，所述外螺纹端部的内壁上设置有第一密封槽，所述内螺纹端部的外壁上设置有第一抵接部，所述第一密封件嵌入所述第一密封槽内，并且第一密封件和第一抵接部过盈配合；所述第二密封件设置在第二组合密封结构和啮合螺纹结构之间，所述外螺纹段部的内壁上设置有第二密封槽，所述内螺纹端部的外壁上设置有第二抵接部，所述第二密封件嵌入所述第二密封槽内，并且第二密封件和第二抵接部过盈配合。

进一步，所述第一密封槽加工在所述外螺纹端部的内壁上的第一圆柱孔上，所述第一抵接部设置在所述内螺纹端部的外壁上的第一圆柱面上，所述第一圆柱孔和所述第一圆柱面之间的第一间隙为0.2～0.4mm，所述第二密封槽加工在所述外螺纹端部的内壁上的第二圆柱孔上，所述第二抵接部设置在所述内螺纹端部的外壁上的第二圆柱面上，所述第二圆柱孔和所述第二圆柱面之间的第二间隙为0.2～0.4mm。

进一步为了实现油套管之间的直连，所述外螺纹端部加工在第一管上经过缩口处理的管端部，所述内螺纹端部加工在第二管上经过扩口处理的管端部。

进一步，在第二管中，管端扩口长度为75～105mm，扩口后外径增大量为1.5～3.0mm；在第一管中，管端缩口长度为80～110mm，缩口后内径减小量为1.0～2.0mm。

进一步为了提高其抗扭强度，并改善螺纹应力分布以及提高上扣速度，所述外螺纹端部的外壁上在外螺纹段的中部设置有逆向抗扭台肩，所述内螺纹端部的内壁上在内螺纹段的中部设置有抗扭配合台肩，所述内螺纹端部与所述外螺纹端部旋合后，还形成抗扭配合机构，所述抗扭配合机构包括抵接在一起的抗扭配合台肩和逆向抗扭台肩。

进一步，抗扭配合台肩和逆向抗扭台肩的台肩面与横截面之间的角度均为9～15°，抗扭配合台肩的第一台肩厚度和逆向抗扭台肩的第二台肩厚度均为3.0～4.5mm。

采用了上述技术方案后，本发明的直连型油套管螺纹接头结构的外径仅比管体外径大1.5～3.0mm，几乎与管子平齐，但连接效率达65％～75％；并设置了防止管外流体进入管内的第一密封结构和防止管内流体流出管外的第二密封结构，第一密封结构和第二密封结构均采用双重复合密封，密封可靠性显著提高；另外，中间抗扭配合机构的设置，不但提高了接头的抗扭强度，而且改善了螺纹应力分布，啮合螺纹结构被中间的抗扭配合机构分为两段，使接头上扣速度提高了一倍。

附图说明

图1为本发明的直连型油套管螺纹接头结构的结构示意图；

图2为本发明的直连型油套管螺纹接头结构的接头部分的放大示意图；

图3为本发明的第一密封结构的结构示意图；

图4为本发明的第二密封结构的结构示意图；

图5为本发明的抗扭配合机构的结构示意图；

图6为本发明的啮合螺纹结构的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1～6所示，一种直连型油套管螺纹接头结构，它包括：

外螺纹端部1，所述外螺纹端部1的外壁上由尾到头依次设置有第一接触面、外螺纹段和第二接触面；

内螺纹端部2，所述内螺纹端部2和所述外螺纹端部1在本实施例中关于对称轴6对称，所述内螺纹端部2的内壁上由头到尾依次设置有第一配合接触孔、内螺纹段和第二配合接触孔，所述内螺纹端部与所述外螺纹端部旋合后至少形成防止管外流体进入管内的第一密封结构3、防止管内流体流出管外的第二密封结构7和啮合螺纹结构4，所述啮合螺纹结构4包括啮合在一起的外螺纹段和内螺纹段，所述第一密封结构3包括第一组合密封结构和第一弹性密封机构，所述第一组合密封结构包括过盈配合在一起的第一接触面和第一配合接触孔，第一弹性密封机构包括紧配在外螺纹端部1的外壁和内螺纹端部2的内壁之间的第一密封件19，所述第二密封结构7包括第二组合密封结构和第二弹性密封结构，所述第二组合密封结构包括过盈配合在一起的第二接触面和第二配合接触孔，第二弹性密封结构包括紧配在外螺纹端部的外壁和内螺纹端部的内壁之间的第二密封件31；在本实施例中，第一组合密封结构、第一弹性密封结构、第二组合密封结构和第二弹性密封结构均可以起到独立密封作用，在第一密封结构或第二密封结构中，其中一个失效后另外一个可起到同样的密封效果，大大提高了接头的密封可靠性。

所述第一接触面为设置在外螺纹端部1的外壁上的第一锥面15，所述第一配合接触孔为设置在内螺纹端部2的第一锥孔14；所述第二接触面为设置在外螺纹端部1的外壁上的第二锥面25，所述第二配合接触孔为设置在内螺纹端部2的第二锥孔26。

第一锥面15和第一锥孔14的锥度相同，均为1：3。

第二锥面25和第二锥孔26的锥度相同，均为1：2。

所述第一密封件19设置在第一组合密封结构和啮合螺纹结构4之间，所述外螺纹端部1的内壁上设置有第一密封槽18，所述内螺纹端部2的外壁上设置有第一抵接部，所述第一密封件19嵌入所述第一密封槽18内，并且第一密封件19和第一抵接部过盈配合；所述第二密封件31设置在第二组合密封结构和啮合螺纹结构4之间，所述外螺纹段部1的内壁上设置有第二密封槽32，所述内螺纹端部2的外壁上设置有第二抵接部，所述第二密封件31嵌入所述第二密封槽32内，并且第二密封件31和第二抵接部过盈配合。

所述第一密封槽18加工在所述外螺纹端部1的内壁上的第一圆柱孔16上，所述第一抵接部设置在所述内螺纹端部2的外壁上的第一圆柱面17上，所述第一圆柱孔16和所述第一圆柱面17之间的第一间隙21为0.2～0.4mm，所述第二密封槽32加工在所述外螺纹端部1的内壁上的第二圆柱孔30上，所述第二抵接部设置在所述内螺纹端部2的外壁上的第二圆柱面29上，所述第二圆柱孔30和所述第二圆柱面29之间的第二间隙28为0.2～0.4mm。

为了使接头与管子外壁过渡比较光滑，从而方便入井操作，第一密封结构端面20经过倒角处理，倒角22为15～20°。

具体地，将外螺纹端部1的前端面设置为直端面23，将内螺纹端部2的内壁后端设置直台肩24，当抗扭配合机构5变形后，直端面23和直台肩24紧密接触，可分担一部分上扣扭矩。为了使接头内壁与管体内壁光滑过渡，设置内镗孔斜面27。

所述外螺纹端部1加工在第一管上经过缩口处理的管端部，所述内螺纹端部2加工在第二管上经过扩口处理的管端部。

如图2所示，在第二管中，内螺纹端部2加工在管端内壁上，管端经过轻微扩口处理，管端扩口长度8为75～105mm，扩口后外径增大量12为1.5～3.0mm，扩口后外壁与管体外壁通过斜面光滑过渡，该处的第一过渡斜面角10为5～8°。；在第一管中，外螺纹端部1加工在第一管的管端外壁上，管端经过轻微缩口处理，管端缩口长度9为80～110mm，缩口后内径减小量13为1.0～2.0mm，缩口后内壁与管体内壁通过斜面光滑过渡，该处的第二过渡斜面角11为3～5°。

如图6所示，所述外螺纹端部1的外壁上在外螺纹段的中部设置有逆向抗扭台肩36，所述内螺纹端部2的内壁上在内螺纹段的中部设置有抗扭配合台肩35，所述内螺纹端部2与所述外螺纹端部1旋合后，还形成抗扭配合机构5，所述抗扭配合机构5包括抵接在一起的抗扭配合台肩35和逆向抗扭台肩36。抗扭配合机构5由抗扭配合台肩35和逆向抗扭台肩36互相挤压构成，抗扭配合台肩35和逆向抗扭台肩36的台肩面与横截面之间的角度43相同，均为9～15°。为了保证抗扭配合台肩35和逆向抗扭台肩36有效接触，逆向抗扭台肩36上部的台肩上间隙42的大小是0.25～0.35mm，抗扭配合台肩35下部的台肩下间隙41的大小与42相同。台肩上间隙42由台肩上部圆柱面33和台肩上部圆柱孔34配合组成，下台肩下间隙41由台肩下部圆柱面39和台肩下部圆柱孔40配合组成，抗扭配合台肩35的第一台肩厚度38和逆向抗扭台肩36的第二台肩厚度37相同，均为3.0～4.5mm。

如图1、2、6所示，本实施例中的啮合螺纹结构4中的外螺纹段和内螺纹段均为锥度为1:(26～28)的管螺纹，被中间的抗扭配合机构5分为两段。啮合螺纹结构4中的外螺纹段和内螺纹段均为锥管螺纹，外螺纹段和内螺纹段以中径线47为基准进行旋合使用，螺纹锥度48为1:26～1:28，齿高49为0.8～1.1mm，螺距45为4牙/25.4mm，螺纹槽宽44与螺纹牙宽46各大约占螺距的1/2，但为保证螺纹牙能顺利嵌入螺纹槽，设置齿侧间有0.03～0.05mm的间隙，螺纹承载面角50为9～15°，导向面角51为25～30°，且倾斜方向一致，使螺纹呈锯齿形，以最大限度地减小轴向载荷作用下啮合螺纹间产生的径向分力，提高螺纹的连接效率。同时，啮合螺纹结构4被抗扭配合机构5分为两段，可提高接头上扣速度。

本发明在经过轻微扩孔或缩口的管端设置了锯齿型螺纹，几何尺寸接近平齐型直连型螺纹，但接头的连接强度显著提高，连接效率可达65％～75％；在接头前端设置第一密封结构3，在接头后端设置第二密封结构7，而且第一密封结构3和第二密封结构7均为金属/金属+弹性密封的双重密封结构，密封可靠性显著提高；在啮合螺纹结构4中间位置设置抗扭配合机构5，不但提高了接头的抗扭强度，而且改善了螺纹应力分布，同时，将齿形螺纹从中间分为两段，使接头上扣速度提高了一倍。

本发明加工简单方便，使用范围广，安全可靠，接头基本上与管子平齐，且能够承受更高的气体压力和拉伸载荷而不泄漏或损坏，可以满足超深井钻井和小间隙固井的作业要求。

以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直连型油套管螺纹接头结构，其特征在于，它包括：

外螺纹端部(1)，所述外螺纹端部(1)的外壁上由尾到头依次设置有第一接触面、外螺纹段和第二接触面；

内螺纹端部(2)，所述内螺纹端部(2)的内壁上由头到尾依次设置有第一配合接触孔、内螺纹段和第二配合接触孔，所述内螺纹端部与所述外螺纹端部旋合后至少形成防止管外流体进入管内的第一密封结构(3)、防止管内流体流出管外的第二密封结构(7)和啮合螺纹结构(4)，所述啮合螺纹结构(4)包括啮合在一起的外螺纹段和内螺纹段，所述第一密封结构(3)包括第一组合密封结构和第一弹性密封机构，所述第一组合密封结构包括过盈配合在一起的第一接触面和第一配合接触孔，第一弹性密封机构包括紧配在外螺纹端部(1)的外壁和内螺纹端部(2)的内壁之间的第一密封件(19)，所述第二密封结构(7)包括第二组合密封结构和第二弹性密封结构，所述第二组合密封结构包括过盈配合在一起的第二接触面和第二配合接触孔，第二弹性密封结构包括紧配在外螺纹端部的外壁和内螺纹端部的内壁之间的第二密封件(31)。

2.根据权利要求1所述的直连型油套管螺纹接头结构，其特征在于：所述第一接触面为设置在外螺纹端部(1)的外壁上的第一锥面(15)，所述第一配合接触孔为设置在内螺纹端部(2)的第一锥孔(14)；所述第二接触面为设置在外螺纹端部(1)的外壁上的第二锥面(25)，所述第二配合接触孔为设置在内螺纹端部(2)的第二锥孔(26)。

3.根据权利要求2所述的直连型油套管螺纹接头结构，其特征在于：第一锥面(15)和第一锥孔(14)的锥度相同，均为1：3。

4.根据权利要求2所述的直连型油套管螺纹接头结构，其特征在于：第二锥面(25)和第二锥孔(26)的锥度相同，均为1：2。

5.根据权利要求1所述的直连型油套管螺纹接头结构，其特征在于：所述第一密封件(19)设置在第一组合密封结构和啮合螺纹结构(4)之间，所述外螺纹端部(1)的内壁上设置有第一密封槽(18)，所述内螺纹端部(2)的外壁上设置有第一抵接部，所述第一密封件(19)嵌入所述第一密封槽(18)内，并且第一密封件(19)和第一抵接部过盈配合；所述第二密封件(31)设置在第二组合密封结构和啮合螺纹结构(4)之间，所述外螺纹段部(1)的内壁上设置有第二密封槽(32)，所述内螺纹端部(2)的外壁上设置有第二抵接部，所述第二密封件(31)嵌入所述第二密封槽(32)内，并且第二密封件(31)和第二抵接部过盈配合。

6.根据权利要求5所述的直连型油套管螺纹接头结构，其特征在于：所述第一密封槽(18)加工在所述外螺纹端部(1)的内壁上的第一圆柱孔(16)上，所述第一抵接部设置在所述内螺纹端部(2)的外壁上的第一圆柱面(17)上，所述第一圆柱孔(16)和所述第一圆柱面(17)之间的第一间隙(21)为0.2～0.4mm，所述第二密封槽(32)加工在所述外螺纹端部(1)的内壁上的第二圆柱孔(30)上，所述第二抵接部设置在所述内螺纹端部(2)的外壁上的第二圆柱面(29)上，所述第二圆柱孔(30)和所述第二圆柱面(29)之间的第二间隙(28)为0.2～0.4mm。

7.根据权利要求1所述的直连型油套管螺纹接头结构，其特征在于：所述外螺纹端部(1)加工在第一管上经过缩口处理的管端部，所述内螺纹端部(2)加工在第二管上经过扩口处理的管端部。

8.根据权利要求7所述的直连型油套管螺纹接头结构，其特征在于：在第二管中，管端扩口长度(8)为75～105mm，扩口后外径增大量(12)为1.5～3.0mm；在第一管中，管端缩口长度(9)为80～110mm，缩口后内径减小量(13)为1.0～2.0mm。

9.根据权利要求1所述的直连型油套管螺纹接头结构，其特征在于：所述外螺纹端部(1)的外壁上在外螺纹段的中部设置有逆向抗扭台肩(36)，所述内螺纹端部(2)的内壁上在内螺纹段的中部设置有抗扭配合台肩(35)，所述内螺纹端部(2)与所述外螺纹端部(1)旋合后，还形成抗扭配合机构(5)，所述抗扭配合机构(5)包括抵接在一起的抗扭配合台肩(35)和逆向抗扭台肩(36)。

10.根据权利要求9所述的直连型油套管螺纹接头结构，其特征在于：抗扭配合台肩和逆向抗扭台肩的台肩面与横截面之间的角度(43)均为9～15°，抗扭配合台肩的第一台肩厚度(38)和逆向抗扭台肩的第二台肩厚度(37)均为3.0～4.5mm。