CN109403877A - 石油管螺纹接头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种石油管螺纹接头，包括：公螺纹部，形成在第一管状部件的一端，所述公螺纹部具有呈锥线变化的公螺纹，所述公螺纹具有多个公螺纹牙，所述公螺纹牙的导向面角度和所述公螺纹牙的承载面角度均为负角；母螺纹部，形成在第二管状部件的一端，所述母螺纹部具有呈锥线变化的且能与所述公螺纹相配合的母螺纹，所述母螺纹具有多个母螺纹牙，所述母螺纹牙的导向面角度和所述母螺纹牙的承载面角度均为负角。本发明的石油管螺纹接头，能够满足在深井、水平段更长的井中使用，该石油管螺纹接头的抗压缩性能更加可靠，能够规避传统螺纹易出现压缩失效的风险。
Description
技术领域
本发明涉及油田钻采开发技术领域，尤其涉及一种变齿宽和槽宽螺距不变的石油管螺纹接头。
背景技术
随着国家经济的高速发展，我国对石油的需求量也在不断增加，油田的钻采开发速度更是越来越快，开发难度越来越大，随着钻井向更深、水平段更长的井身结构的发展，由于石油管在入井时磨阻的增加对石油管螺纹提出更高的要求，但是，传统的石油管螺纹接头，由于抗压缩强度低，在深井、水平段长的井中，由于磨阻的增加，易出现压缩失效的情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种石油管螺纹接头，能够满足在深井、水平段更长的井中使用，该石油管螺纹接头的抗压缩性能更加可靠，能够规避传统螺纹易出现压缩失效的风险。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
本发明提供了一种石油管螺纹接头，包括：
公螺纹部，形成在第一管状部件的一端，所述公螺纹部具有呈锥线变化的公螺纹，所述公螺纹具有多个公螺纹牙，所述公螺纹牙的导向面角度和所述公螺纹牙的承载面角度均为负角；
母螺纹部，形成在第二管状部件的一端，所述母螺纹部具有呈锥线变化的且能与所述公螺纹相配合的母螺纹，所述母螺纹具有多个母螺纹牙，所述母螺纹牙的导向面角度和所述母螺纹牙的承载面角度均为负角。
在本发明的实施方式中，所述公螺纹部的外端形成有外制动台肩，所述母螺纹部的内端形成有内制动台肩，在所述公螺纹部与所述母螺纹部接合的状态下，所述外制动台肩与所述内制动台肩抵接配合。
在本发明的实施方式中，在所述公螺纹与所述外制动台肩之间形成有外密封圆弧，在所述母螺纹与所述内制动台肩之间形成有内密封圆弧，在所述公螺纹部与所述母螺纹部接合的状态下，所述外密封圆弧与所述内密封圆弧抵接配合。
在本发明的实施方式中，所述母螺纹与所述内密封圆弧之间形成有退刀槽。
在本发明的实施方式中，所述公螺纹牙的导向面角度和所述公螺纹牙的承载面角度相同；所述母螺纹牙的导向面角度和所述母螺纹牙的承载面角度相同。
在本发明的实施方式中，所述公螺纹牙的导向面角度和所述公螺纹牙的承载面角度均为-2°～-5°；所述母螺纹牙的导向面角度和所述母螺纹牙的承载面角度均为-2°～-5°。
在本发明的实施方式中，自所述公螺纹部的一端至所述公螺纹部的另一端，各所述公螺纹牙的牙宽逐渐减少，两两相邻的所述公螺纹牙之间的槽宽逐渐增加。
在本发明的实施方式中，自所述母螺纹部的一端至所述母螺纹部的另一端，各所述母螺纹牙的牙宽逐渐减增加，两两相邻的所述母螺纹牙之间的槽宽逐渐减少。
在本发明的实施方式中，所述牙宽的变化量为0.05mm～0.2mm，所述槽宽的变化量为0.05mm～0.2mm。
在本发明的实施方式中，所述外制动台肩的倾斜角度为-12°～-15°。
本发明的石油管螺纹接头的特点及优点是：
1、本发明的石油管螺纹接头，公螺纹部的各公螺纹牙的导向面以及承载面均设计为负角倒钩形，同时，该母螺纹部的各母螺纹牙的导向面以及承载面也均设计为负角倒钩形，因此使得该石油管螺纹接头能有效提高螺纹的抗压缩性能，有效防止螺纹失效和滑脱。
2、本发明采用采用变牙宽和槽宽，而螺距不变的结构设计，使每一牙的受力一致，该石油管螺纹接头的抗压缩能力由传统石油管螺纹的40％～60％提高到95％以上。
3、本发明采用公螺纹部的外制动台肩与母螺纹部的内制动台肩抵接配合，并采用公螺纹部的外密封圆弧与母螺纹部的内密封圆弧抵接配合，且采用公螺纹牙的导向面与母螺纹牙的导向面抵接配合，同时采用公螺纹牙的承载面与母螺纹牙的承载面抵接配合的四重密封结构设计，有效保证了石油管螺纹接头的密封性能。
4、本发明设置外制动台肩的角度为-12°～-15°，不仅起到控制上扣拧紧位置的作用，而且有效增加了端面过扭变形的能力，提高了石油管螺纹接头的综合性能，保证石油管螺纹接头的完整性。
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为本发明的石油管螺纹接头的结构示意图。
图2为图1的A部放大图。
图3为图1的B部放大图。
图4为本发明的石油管螺纹接头的公螺纹与母螺纹啮合的示意图。
附图标号说明：1、公螺纹部；10、第一管状部件；11、公螺纹；111、公螺纹牙；1111、导向面；1112、承载面；112、公螺纹槽；113、外制动台肩；114、外密封圆弧；2、母螺纹部；20、第二管状部件；21、母螺纹；211、母螺纹牙；2111、导向面；2112、承载面；212、母螺纹槽；213、内制动台肩；214、内密封圆弧；215、退刀槽；216、平滑内壁过渡面；θ1、导向面角度；θ2、承载面角度；δ1、导向面角度；δ2、承载面角度；Fa、槽宽；Fb、牙宽；L、螺距；F1、方向；F2、方向。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种石油管螺纹接头，包括公螺纹部1和母螺纹部2，其中：公螺纹部1形成在第一管状部件10的一端，所述公螺纹部1具有呈锥线变化的公螺纹11，所述公螺纹11具有多个公螺纹牙111，所述公螺纹牙111的导向面角度θ1和所述公螺纹牙111的承载面角度θ2均为负角；母螺纹部2形成在第二管状部件20的一端，所述母螺纹部2具有呈锥线变化的且能与所述公螺纹11相配合的母螺纹21，所述母螺纹21具有多个母螺纹牙211，所述母螺纹牙211的导向面角度δ1和所述母螺纹牙211的承载面角度δ2均为负角。
具体是，该石油管螺纹接头由第一管状部件10上的公螺纹部1和第二管状部件20上的母螺纹部2螺纹连接组成，在本实施例中，该第一管状部件10可为石油管的管体，该第二管状部件20可为接箍。该石油管螺纹接头采用弹性密封配合，也即为金属过盈密封的形式，从而能对加工精度、扭矩控制提出更高的要求。
该公螺纹部1上具有呈锥线变化的公螺纹11，也即，该公螺纹11自公螺纹部1的内端至公螺纹部1的外端的方向F1径向向内减缩；该公螺纹部1上具有多个公螺纹牙111，两两相邻的公螺纹牙111之间形成有公螺纹槽112。在本实施例中，如图2所示，该公螺纹牙111的导向面角度θ1为负角，该公螺纹牙111的导向面1111即为朝向公螺纹牙111外端方向的公螺纹牙111的侧面，该导向面角度θ1为负角即为从公螺纹牙111的牙顶至牙底的方向，该导向面1111向内减缩；进一步的，该公螺纹牙111的承载面角度θ2为负角，该公螺纹牙111的承载面1112即为朝向公螺纹牙111内端方向的公螺纹牙111的侧面，该承载面角度θ2为负角即为从公螺纹牙111的牙顶至牙底的方向，该承载面1112向内减缩。该公螺纹牙111呈倒梯形结构。
在本实施例中，公螺纹牙111的导向面角度θ1和公螺纹牙111的承载面角度θ2相同；例如，该导向面角度θ1和承载面角度θ2均为-2°～-5°，优选的，该导向面角度θ1和承载面角度θ2均为-3°。
该母螺纹部2上具有呈锥线变化的母螺纹21，也即，该母螺纹21自母螺纹部2的外端至母螺纹部2的内端的方向F2径向向内减缩，该母螺纹21能与公螺纹11螺纹接合；该母螺纹部2上具有多个母螺纹牙211，两两相邻的母螺纹牙211之间形成有母螺纹槽212。在本实施例中，如图3所示，该母螺纹牙211的导向面角度δ1为负角，该母螺纹牙211的导向面2111即为朝向母螺纹牙211外端方向的母螺纹牙211的侧面，该导向面角度δ1为负角即为从母螺纹牙211的牙顶至牙底的方向，该导向面2111向内减缩；进一步的，该母螺纹牙211的承载面角度δ2为负角，该母螺纹牙211的承载面2112即为朝向母螺纹牙211内端方向的母螺纹牙211的侧面，该承载面角度δ2为负角即为从母螺纹牙211的牙顶至牙底的方向，该承载面2112向内减缩。该母螺纹牙211呈倒梯形结构。
在本实施例中，母螺纹牙211的导向面角度δ1和母螺纹牙211的承载面角度δ2相同；例如，该导向面角度δ1和承载面角度δ2均为-2°～-5°，优选的，该导向面角度δ1和承载面角度δ2均为-3°。
本发明的石油管螺纹接头，公螺纹部1的各公螺纹牙111的导向面1111以及承载面1112均设计为负角倒钩形，同时，该母螺纹部2的各母螺纹牙211的导向面2111以及承载面2112也均设计为负角倒钩形，因此使得该石油管螺纹接头能有效提高螺纹的抗压缩性能，有效防止螺纹失效和滑脱。
根据本发明的一个实施方式，如图1所示，该公螺纹部1的外端形成有外制动台肩113，该母螺纹部2的内端形成有内制动台肩213，在公螺纹部1与母螺纹部2接合的状态下，该外制动台肩113与内制动台肩213抵接配合。在本实施例中，该外制动台肩113朝向公螺纹部1的中心径向向内倾斜设置，其倾斜角度ε为-12°～-15°，优选的，该角度ε为-15°；该内制动台肩213朝向母螺纹部2的中径向向外倾斜设置，其倾斜角度与外制动台肩113的倾斜角度ε相同。
本发明设置外制动台肩113的倾斜角度ε为-12°～-15°，不仅起到控制上扣拧紧位置的作用，即提高石油管螺纹接头的准确入扣，而且有效增加了端面过扭变形的能力，提高了石油管螺纹接头的综合性能，保证了石油管螺纹接头的完整性，且保证了密封结构在弹性范围之内。另外，为了使本发明具有更好的通过性，在第二管状部件20的端部设置了可与内制动台肩213衔接的平滑内壁过渡面216，可有效防止紊流。
进一步的，在公螺纹11与外制动台肩113之间形成有外密封圆弧114，在母螺纹21与内制动台肩213之间形成有内密封圆弧214，在公螺纹部1与母螺纹部2接合的状态下，该外密封圆弧114与内密封圆弧214抵接配合。
本发明采用公螺纹部1的外制动台肩113与母螺纹部2的内制动台肩213抵接配合，并采用公螺纹部1的外密封圆弧114与母螺纹部2的内密封圆弧214抵接配合，且采用公螺纹牙111的导向面1111与母螺纹牙211的导向面2111抵接配合，同时采用公螺纹牙111的承载面1112与母螺纹牙211的承载面2112抵接配合的四重密封结构设计，有效保证了石油管螺纹接头的密封性能。
在本发明中，为了便于车削加工，在母螺纹部2的母螺纹21与内密封圆弧214之间形成有退刀槽215。
根据本发明的一个实施方式，自公螺纹部1的一端至公螺纹部1的另一端，各公螺纹牙111的牙宽Fb逐渐减少，两两相邻的公螺纹牙111之间的公螺纹槽112的槽宽Fa逐渐增加。进一步的，自母螺纹部2的一端至母螺纹部2的另一端，各母螺纹牙211的牙宽Fa逐渐减增加，两两相邻的母螺纹牙211之间的母螺纹槽212的槽宽Fb逐渐减少。同时，该公螺纹11和母螺纹21的螺距L保持不变。本发明能使每牙受力一致，提高石油管螺纹接头的连接强度，并有效防止螺纹失效和滑脱现象。
具体的，在本实施例中，如图4所示，从公螺纹部1的内端至公螺纹部1的外端的方向F1，该公螺纹牙111的牙宽Fb逐渐减少，其减少量为0.05mm～0.2mm，优选的该减少量为0.1mm；而与该公螺纹11螺纹啮合的母螺纹21的母螺纹牙211的牙宽Fa逐渐增加，其增加量为0.05mm～0.2mm，优选的该增加量为0.1mm。
当然，在另外的实施例中(未提供附图)，从公螺纹部1的内端至公螺纹部1的外端的方向F1，该公螺纹牙111的牙宽Fb逐渐增加，其增加量为0.05mm～0.2mm，优选的该增加量为0.1mm；而与该公螺纹11螺纹啮合的母螺纹21的母螺纹牙211的牙宽Fa逐渐减少，其减少量为0.05mm～0.2mm，优选的该减少量为0.1mm。也即，在本发明中，所述牙宽的变化量k为0.05mm～0.2mm，优选的该变化量k为0.1mm，所述槽宽的变化量为0.05mm～0.2mm，优选的，该变化量k为0.1mm。
为了提高拧接速度，本发明的石油管螺纹接头的公螺纹部1和母螺纹部2的螺距L均为3.45牙/英寸，换算为公制尺寸为7.36mm，锥度为1:16，该石油管螺纹接头的公螺纹部的公螺纹11的牙宽和槽宽、以及母螺纹21的牙宽和槽宽的变化量k均0.1mm。
本发明采用采用变牙宽和变槽宽，而螺距不变的结构设计，使每一牙的受力一致，该石油管螺纹接头的抗压缩能力由传统石油管螺纹的40％～60％提高到95％以上。
本发明的石油管螺纹接头，结构简单，操作简便，性能可靠，工作效率高。本发明满足了深井、水平段更长的井，抗压缩性能更加可靠且拥有自主知识产权的石油管螺纹接头，以满足我国苛刻作业条件对石油管的的需求，具有很好的实用性。
以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种石油管螺纹接头，其特征在于，包括：
公螺纹部，形成在第一管状部件的一端，所述公螺纹部具有呈锥线变化的公螺纹，所述公螺纹具有多个公螺纹牙，所述公螺纹牙的导向面角度和所述公螺纹牙的承载面角度均为负角；
母螺纹部，形成在第二管状部件的一端，所述母螺纹部具有呈锥线变化的且能与所述公螺纹相配合的母螺纹，所述母螺纹具有多个母螺纹牙，所述母螺纹牙的导向面角度和所述母螺纹牙的承载面角度均为负角。
2.如权利要求1所述石油管螺纹接头，其特征在于，所述公螺纹部的外端形成有外制动台肩，所述母螺纹部的内端形成有内制动台肩，在所述公螺纹部与所述母螺纹部接合的状态下，所述外制动台肩与所述内制动台肩抵接配合。
3.如权利要求2所述石油管螺纹接头，其特征在于，在所述公螺纹与所述外制动台肩之间形成有外密封圆弧，在所述母螺纹与所述内制动台肩之间形成有内密封圆弧，在所述公螺纹部与所述母螺纹部接合的状态下，所述外密封圆弧与所述内密封圆弧抵接配合。
4.如权利要求3所述石油管螺纹接头，其特征在于，所述母螺纹与所述内密封圆弧之间形成有退刀槽。
5.如权利要求1所述石油管螺纹接头，其特征在于，所述公螺纹牙的导向面角度和所述公螺纹牙的承载面角度相同；所述母螺纹牙的导向面角度和所述母螺纹牙的承载面角度相同。
6.如权利要求5所述石油管螺纹接头，其特征在于，所述公螺纹牙的导向面角度和所述公螺纹牙的承载面角度均为-2°～-5°；所述母螺纹牙的导向面角度和所述母螺纹牙的承载面角度均为-2°～-5°。
7.如权利要求1所述石油管螺纹接头，其特征在于，自所述公螺纹部的一端至所述公螺纹部的另一端，各所述公螺纹牙的牙宽逐渐减少，两两相邻的所述公螺纹牙之间的槽宽逐渐增加。
8.如权利要求1或7所述石油管螺纹接头，其特征在于，自所述母螺纹部的一端至所述母螺纹部的另一端，各所述母螺纹牙的牙宽逐渐减增加，两两相邻的所述母螺纹牙之间的槽宽逐渐减少。
9.如权利要求7所述石油管螺纹接头，其特征在于，所述牙宽的变化量为0.05mm～0.2mm，所述槽宽的变化量为0.05mm～0.2mm。
10.如权利要求2所述石油管螺纹接头，其特征在于，所述外制动台肩的倾斜角度为-12°～-15°。
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