CN110043196A - 一种油井管外螺纹接头端面密封圈结构及其装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油井管外螺纹接头端面密封圈结构，当钢管制造工厂将接箍内螺纹与管体外螺纹上扣连接后，通过限定密封圈的厚度，接箍端面在第一三角形底边或位于三角形底边与顶点之间，在套管下井时，接箍内螺纹另一端面总是位于三角形底边或者三角形底边与顶点之间，满足API标准对油管或套管的上扣连接要求；本发明中密封圈与接箍中部内表面紧密配合，以预防现场端螺纹上扣时，密封圈跟随旋转，带动工厂端外螺纹倒扣。本发明方法提高了API标准油管或套管的轴向抗压缩强度且降低了制造成本。本发明还公开了一种油井管外螺纹接头端面密封圈结构的装配方法。

Description

一种油井管外螺纹接头端面密封圈结构及其装配方法
技术领域
本发明属于机械设计技术领域，尤其是一种油井管外螺纹接头端面密封圈结构及其装配方法。
背景技术
开采天然气的油井管按照用途分为油管、套管和钻具，按生产标准分为API标准及非API标准两大类钢管，其中非API标准油管或套管具有专门的密封结构，气密封性好，但制造成本高。API标准油管或套管没有密封结构，只有螺纹连接部分，依靠螺纹脂密封，只有液体密封能力，所以API标准油管或套管制造成本低，但气密封性不高。现有技术中记载了在内螺纹接头内两个外螺纹端面之间加装密封圈的方法，如图1所示，密封圈由超弹性金属材料制成，使得API标准油管或套管具有一定的气密封能力。但是API标准油管或套管对上扣连接有技术要求，如图2所示，API标准油管或套管在管体外表面距离外螺纹消失处一定位置印有表示上扣位置的三角形标记，当内外螺纹机紧连接时，上扣扭矩达到标准规定值，并且内螺纹接头端面位于三角形底边或者在底边与顶点之间时，内外螺纹配合就达到了要求。当内螺纹接头端面正好位于三角形底边时，外螺纹接头端面距内螺纹接头中心距离等于J，API标准规定大多数油管与套管的值等于12.7mm。现有技术中记载了密封圈厚度t＝θ+2J，θ是密封圈与外螺纹端面之间过盈量，取值θ＝0.60～1.50mm，那么计算得密封圈厚度t＝26.0～26.8mm。
但实践中发现，工厂将内螺纹接头与管体外螺纹上扣连接后，如果该内螺纹接头端面，即工厂端不在三角形底边，而是位于三角形底边与顶点之间，那么在套管下井时，将另外一端即现场端上扣后，内螺纹接头现场端面就达不到三角形标记底边，与三角形标记有一定距离，导致螺纹配合达不到技术要求，影响螺纹连接强度。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种油井管外螺纹接头端面密封圈结构及装配方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种油井管外螺纹接头端面密封圈结构，包括内螺纹接头、外螺纹接头工厂端、外螺纹接头现场端和密封圈，外螺纹接头工厂端上设有第一三角形标记，外螺纹接头现场端上设有第二三角形标记；
外螺纹接头工厂端和外螺纹接头现场端外围设有内螺纹接头，两者之间设有密封圈，密封圈的厚度t＝(2J-Δ)+θ；
其中，J为外螺纹接头端面距内螺纹接头中心的距离；Δ为上扣位置三角形的标记高度；θ为密封圈与外螺纹端面之间的过盈量。
进一步的，J为API标准值。
进一步的，Δ为API标准值。
进一步的，0＜θ≤1.5mm。
进一步的，密封圈外径等于内螺纹接头中部内径加上0-2mm。
进一步的，密封圈外围设有轴向凹槽或轴向凸楞。
进一步的，密封圈为金属密封圈。
进一步的，密封圈端面的粗糙度小于Ra3.2。
一种油井管外螺纹接头端面密封圈结构的装配方法，包括以下步骤：
1)将外螺纹接头工厂端装入内螺纹接头内旋接并机紧，此时内螺纹接头一端面即工厂端端面位于第一三角形标记的底边处或者底边与顶点之间；
2)将密封圈装入内螺纹接头内，此时密封圈一端面与外螺纹工厂端端面接触；
3)将外螺纹接头现场端装入内螺纹接头内旋接并机紧，待上扣扭矩到达API标准值，此时外螺纹现场端端面与密封圈另一端面过盈配合，内螺纹接头另一端面即现场端端面位于第二三角形标记的底边处或者与底边顶点之间。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
一种油井管外螺纹接头端面密封圈结构及装配方法，当钢管制造工厂将接箍内螺纹与管体外螺纹上扣连接后，通过限定密封圈的厚度，接箍工厂端端面在第一三角形底边或位于三角形底边与顶点之间，在套管下井时，接箍内螺纹现场端端面总是位于三角形底边或者三角形底边与顶点之间，满足API标准对油管或套管的上扣连接要求；本发明中密封圈外圆表面与接箍中部内表面过盈配合，并加工轴向凹槽或轴向凸楞，以预防现场端螺纹上扣时，密封圈跟随旋转，带动工厂端外螺纹倒扣；本发明的密封圈可以用超弹性合金制造，也可以用普通钢铁或者石油专用管钢铁材料制造，在满足一定密封性能情况下减少成本。本发明方法提高了API标准油管或套管的轴向抗压缩强度且降低了制造成本，本发明的气密封石油专用管与API标准钢管可以互换使用，降低了管理和使用成本。
附图说明
图1为现有的外螺纹端部密封圈式钢管接头半剖视图；
图2为API标准套管螺纹机紧上扣装配半剖视图；
图3为本发明的API标准套管外螺纹端面密封圈密封及机紧上扣装配半剖视图；
图4为本发明的密封圈的剖视图。
其中：1-内螺纹接头；2-密封圈；3-1-外螺纹接头工厂端；3-2-外螺纹接头现场端；4-1-外螺纹工厂端端面；4-2-外螺纹现场端端面；5-内螺纹接头端面；6-第一三角形标记；7-第二三角形标记。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图3，图3为本发明的API标准套管外螺纹端面密封圈密封及机紧上扣装配半剖视图；内螺纹接头为套管接箍上的，外螺纹接头为套管管体上的；内螺纹接头1内设有外螺纹接头工厂端3-1、密封圈2和外螺纹接头现场端3-2，外螺纹工厂端端面4-1和外螺纹现场端端面4-2与密封圈2的两端面过盈紧密接触；外螺纹接头工厂端3-1上设有第一三角形标记6，外螺纹接头现场端3-2设有第二三角形标记7，内螺纹接头1的一端面(工厂端端面)位于第一三角形标记6的底边或者底边与顶点之间，内螺纹接头1的另一端面(现场端端面)位于第二三角形标记7的底边或者底边与顶点之间；密封圈2的厚度t＝(2J-Δ)+θ；其中，J为外螺纹端面距内螺纹接头中心的距离；Δ为上扣位置三角形的标记高度；θ为密封圈与外螺纹端面之间的过盈量；本发明提出了油管或套管等石油专用管的内螺纹接头中部两个外螺纹端面之间的密封圈的厚度的确定方法，当钢管制造工厂将内螺纹接头与管体外螺纹上扣连接后，无论工厂端内螺纹接头端面正好在三角形底边，还是位于三角形底边与顶点之间，那么在油管或套管下井时，内螺纹接头现场端面总是在三角形底边，或者位于三角形底边与顶点之间，满足API标准对油管或套管的上扣连接要求。
其中，J为API标准值，三角形标记高度Δ是API标准规定值，Δ＝9.5mm，0＜θ≤1.5mm；
本发明提出金属密封圈外径稍微大于内螺纹接头中部内径0至2mm，实现密封圈与内螺纹接头中部内表面紧密配合，以预防现场端螺纹上扣时，密封圈跟随旋转，带动工厂端外螺纹倒扣。
本发明提出在上述密封圈外圆表面上增加轴向凹槽、或者凸楞、或者其它可以增加圆周方向摩擦力的结构，以预防现场端螺纹上扣时，密封圈跟随旋转，带动工厂端外螺纹倒扣。
本发明提出将上述密封圈两个端面进行精加工，将其粗糙度降到Ra3.2以下，提高密封能力。
本发明提出上述金属密封圈可以用超弹性合金制造，也可以用钢铁材料制造，可以用同钢级的石油专用管钢铁材料制造密封圈，虽然效果不如超弹性合金好，但可以在满足一定密封性能情况下减少成本。
参见图4，图4为密封圈的剖视图；从图中可知，密封圈为空心圆柱结构，其厚度为t。
以API标准P110钢级、外径139.7mm、壁厚9.17mm、偏梯螺纹套管为例，J值等于12.7mm，上扣位置三角形标记高度Δ＝9.5mm，密封圈用超弹性合金制造，与外螺纹端面之间过盈量θ＝0.60mm，则密封圈厚度t＝(2J-Δ)+θ＝16.5mm；
如果密封圈用P110钢级套管材料制造，与外螺纹端面之间过盈量θ＝0mm，则密封圈厚度t＝(2J-Δ)+θ＝16mm；密封圈两个端面经过精车及粗磨，粗糙度在Ra3.2以下。
密封圈2外径Ds比内螺纹接头中部内径db大0.6mm，即
Ds＝db+0.6
＝(套管外径D-(外螺纹管端到三角形标记长度A1+J)×螺纹锥度)+0.6＝(139.7-(104.8+12.7)×0.0625)+0.6＝133mm。
密封圈2外围面加工轴向6-12条、深度约0.5mm、宽度约1mm的凹槽。
密封圈2内径与套管内径相同，密封圈内径ds＝121.5mm。
一种油井管外螺纹接头端面密封圈结构的装配方法，包括以下步骤：
1)将外螺纹接头工厂端3-1装入内螺纹接头1内，此时内螺纹接头1一端面(工厂端端面)位于第一三角形标记6的底边处或者底边与顶点之间；
2)将密封圈2装入内螺纹接头1内，此时密封圈2一端面与外螺纹工厂端端面4-1接触；
3)将外螺纹接头现场端3-2装入内螺纹接头1内旋接并机紧，待上扣扭矩到达API标准值，此时外螺纹现场端端面4-2与密封圈2另一端面紧密接触，内螺纹接头1另一端面(现场端端面)位于第二三角形标记7的底边处或者与底边顶点之间。
通常情况下，制造厂已经将内螺纹接头机紧连接到了套管一端，在钻井现场下入套管时，只需将密封圈放入内螺纹接头内，然后旋接并机紧套管现场端螺纹，观察上扣扭矩到达API标准值，并且内螺纹接头现场端面到达三角形底边与顶点之间即可。
由于密封圈外圆与内螺纹接头内表面紧密接触，而且加工了轴向凹槽，所以圆周向摩擦力足够大，在套管现场端上扣过程中，或套管下井后旋转时，不会导致套管工厂端倒扣，确保了套管接头的密封性和连接强度。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种油井管外螺纹接头端面密封圈结构，其特征在于，包括内螺纹接头(1)、外螺纹接头工厂端(3-1)、外螺纹接头现场端(3-2)和密封圈(2)，外螺纹接头工厂端(3-1)上设有第一三角形标记(6)，外螺纹接头现场端(3-2)上设有第二三角形标记(7)；
外螺纹接头工厂端(3-1)和外螺纹接头现场端(3-2)外围设有内螺纹接头(1)，两者之间设有密封圈(2)，密封圈(2)的厚度t＝(2J-Δ)+θ；
其中，J为外螺纹接头端面距内螺纹接头中心的距离；Δ为上扣位置三角形的标记高度；θ为密封圈与外螺纹端面之间的过盈量。
2.根据权利要求1所述的油井管外螺纹接头端面密封圈结构，其特征在于，J为API标准值。
3.根据权利要求1所述的油井管外螺纹接头端面密封圈结构，其特征在于，Δ为API标准值。
4.根据权利要求1-3任一项所述的油井管外螺纹接头端面密封圈结构，其特征在于，0＜θ≤1.5mm。
5.根据权利要求1所述的油井管外螺纹接头端面密封圈结构，其特征在于，密封圈(2)外径等于内螺纹接头(1)中部内径加上0-2mm。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的油井管外螺纹接头端面密封圈结构，其特征在于，密封圈(2)外围设有轴向凹槽或轴向凸楞。
7.根据权利要求1所述的油井管外螺纹接头端面密封圈结构，其特征在于，密封圈(2)为金属密封圈。
8.根据权利要求7所述的油井管外螺纹接头端面密封圈结构，其特征在于，密封圈(2)端面的粗糙度小于Ra3.2。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的油井管外螺纹接头端面密封圈结构的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将外螺纹接头工厂端(3-1)装入内螺纹接头(1)内旋接并机紧，此时内螺纹接头(1)工厂端端面位于第一三角形标记(6)的底边处或者底边与顶点之间；
2)将密封圈(2)装入内螺纹接头(1)内，此时密封圈(2)一端面与外螺纹工厂端端面(4-1)接触；
3)将外螺纹接头现场端(3-2)装入内螺纹接头(1)内旋接并机紧，待上扣扭矩到达API标准值，此时外螺纹现场端端面(4-2)与密封圈(2)另一端面过盈配合，内螺纹接头(1)现场端端面位于第二三角形标记(7)的底边处或者与底边顶点之间。
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