CN110388185A - 井下工具的双级气密螺纹结构 - Google Patents
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Abstract
井下工具的双级气密螺纹结构，公扣、母扣的中段分别设有对应的外螺纹和内螺纹，外螺纹、内螺纹上设有对应的若干阶梯面，阶梯面上设有若干相互咬合而形成的密封面。本发明通过台阶面上的密封面上的相互咬合结构，在两端过盈配合结构之间再增加若干密封面，提高了在其在井下复杂工况条件下的气密性；同时通过咬合而产生的形变量进一步地产生静摩擦力，最终提供井下工具旋转时所需的周向力，提高了旋转时的效率。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发井下工具，具体地说是一种井下工具的双级气密螺纹结构。
背景技术
在井下油气田开发过程中，油套管是承接地面和地层之间的重要中介，许多油管套管都是通过螺纹连接的。因此，螺纹连接技术直接影响钻采过程中井下工具的正常安全使用。目前常用的螺纹连接是符合API标准的螺纹连接，其适用广泛、加工简单，对液体的密封良好，但对气密性要求较高的油气井难以满足要求。而现有技术条件下的气密螺纹造价较高、结构复杂，经济条件的制约使其很难在常规的油气井推广。
CN201610083725.0号中国专利提供一种气密封螺纹结构及井下工具，包括设有外螺纹的公扣和设有内螺纹的母扣，公扣和母扣相互嵌套、且公扣的外螺纹与母扣的内螺纹相连接，在公扣和母扣螺纹连接段的前侧和/或后侧设有密封单元，密封单元包括设在公扣外周面上的外密封面、设在母扣内周面上的内密封面，外密封面与内密封面过盈配合，通过外螺纹和内螺纹的相互连接可实现公扣和母扣的可靠连接，通过公扣上外密封面与母扣上内密封面的过盈配合实现深井严苛条件下的高效密封，进而提高气密封螺纹结构及设有该气密封螺纹结构的井下工具的气密封性能，最终保证石油开采的顺利进行。
然而，上述结构虽然解决了气密性问题，但是在许多场合中井下工具需要旋转；旋转过程中，通常由上一级结构通过摩擦力来带动下一级结构。而上述方案中，两者连接部位的周向面积较小，进而摩擦力不够大，会存在周向力不足的问题，影响使用。因此，有必要研究一种新型的气密螺纹，在保证完成气密性要求的基础上进一步地能够提供周向力，以提高旋转时的效率，并降低其经济成本、方便油田使用。
发明内容
本发明为解决现有的问题，旨在提供一种井下工具的双级气密螺纹结构。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括相互配合的公扣和母扣，公扣和母扣的两端过盈配合，公扣、母扣的中段分别设有对应的外螺纹和内螺纹，所述外螺纹、内螺纹上设有对应的若干阶梯面，所述阶梯面上设有若干相互咬合而形成的密封面。
其中，所述外螺纹为一级偏梯形螺纹，所述内螺纹为二级偏梯形螺纹 ；公扣和母扣拧紧后，一级偏梯形螺纹锥面与二级偏梯形螺纹锥面贴合。
其中，在一级偏梯形螺纹与二级偏梯形螺纹之间的若干阶梯面上分别设置一级锥形密封面和二级锥形密封面；公扣和母扣连接时，一级偏梯形螺纹和二级偏梯形螺纹之间的面密封良好。
其中，所述母扣的密封台肩与公扣的外端锥面成过盈配合。
其中，所述公扣的密封台肩与母扣的外端锥面成过盈配合。
其中，所述密封面为环形。
其中，所述一级锥形密封面与水平面夹角为76°。
其中，所述二级锥形密封面与水平面夹角为70°。
其中，一侧螺纹锥面与水平面垂线夹角为20°，另一侧螺纹锥面与水平面垂线夹角为7.5°，螺纹每英寸6牙。
和现有技术相比，本发明通过台阶面上的密封面上的相互咬合结构，在两端过盈配合结构之间再增加若干密封面，提高了在其在井下复杂工况条件下的气密性；同时通过咬合而产生的形变量进一步地产生静摩擦力，最终提供井下工具旋转时所需的周向力，提高了旋转时的效率；本发明适用于井下各类油套管工具的螺纹连接，方便油田使用。
附图说明
图1为公扣的结构示意图；
图2为母扣的结构示意图；
图3为偏梯形螺纹的牙型的示意图；
参见附图，1-公扣，2-母扣，3-一级偏梯形螺纹，4-二级偏梯形螺纹，5-母扣密封台肩，6-公扣密封台肩，7-一级锥形密封面，8-二级锥形密封面。
具体实施方式
现结合附图、基于上述发明内容而对本发明作进一步地说明。
参见图1和图2，图1、图2所展示的是本发明的一个实施例的两个部分，即公扣1与母扣2。在公扣1与母扣2装配时，公扣1上的一级偏梯形螺纹3与母扣2上的一级偏梯形螺纹3对应安装，公扣1上的二级偏梯形螺纹4与母扣2上的二级偏梯形螺纹4对应安装，一级偏梯形螺纹3与二级偏梯形螺纹4同时对应安装。在公扣1与母扣2连接近完全时，母扣密封台肩5接触公扣外锥面，公扣密封台肩6接触母扣外锥面，均为过盈配合；继续安装，母扣密封台肩5与公扣密封台肩6受挤压发生微变形，使得公扣1与母扣2的接触面更加紧密。
上述公扣1、母扣2的两端为密封的过盈配合，而在公扣1、母扣2的中段的一级偏梯形螺纹3、二级偏梯形螺纹4上设有对应的若干阶梯面，所述阶梯面上设有若干相互咬合而形成的密封面。
相互咬合，即在装配过程中产生形变，形成密封面的同时相互之间有弹力作用；进而弹力能够在接触面上产生静摩擦力。在井下工具旋转中，能够提供周向力。
作为优选，所述密封面为环形。
如果仅依靠两端的过盈配合来提供周向力，会产生力不足的问题——台肩上的接触面很小，无法提供足够的摩擦力。而本实施例选择在中段新加阶梯面，能够充分利用井下工具的半径长度来达到足够的接触面积，进而产生足够大的接触弹力，最终提供足够的摩擦力。
台阶面的数量以及每个台阶面上的锥形密封面的数量都可以根据需要灵活选择；而本实施例的台阶面数量为一个，锥形密封面为两个，能够在成本和技术需求之间达到一个平衡点。
在公扣1和母扣2的两级偏梯形螺纹之间都设有两级锥形密封面，公扣和母扣的锥形密封面分别对应安装，相互压合，使得公扣1和母扣2在安装完成后密封良好。参见图3，作为优选，本实施的一个偏梯形螺纹中，一侧螺纹锥面与水平面垂线夹角为20°，另一侧螺纹锥面与水平面垂线夹角为7.5°，螺纹每英寸6牙。
上面结合附图及实施例描述了本发明的实施方式，实施例给出的结构并不构成对本发明的限制，本领域内熟练的技术人员可依据需要做出调整，在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改均在保护范围内。
Claims (9)
1.一种井下工具的双级气密螺纹结构，包括相互配合的公扣和母扣，公扣和母扣的两端过盈配合，其特征在于：公扣、母扣的中段分别设有对应的外螺纹和内螺纹，所述外螺纹、内螺纹上设有对应的若干阶梯面，所述阶梯面上设有若干相互咬合而形成的密封面。
2. 根据权利要求1所述的井下工具的双级气密螺纹结构，其特征在于：所述外螺纹为一级偏梯形螺纹，所述内螺纹为二级偏梯形螺纹 ；公扣和母扣拧紧后，一级偏梯形螺纹锥面与二级偏梯形螺纹锥面贴合。
3.根据权利要求1所述的井下工具的双级气密螺纹结构，其特征在于：在所述阶梯面上分别设置一级锥形密封面和二级锥形密封面；公扣和母扣连接时，一级偏梯形螺纹和二级偏梯形螺纹之间的面密封良好。
4.根据权利要求1所述的井下工具的双级气密螺纹结构，其特征在于：所述母扣的密封台肩与公扣的外端锥面成过盈配合。
5.根据权利要求1所述的井下工具的双级气密螺纹结构，其特征在于：所述公扣的密封台肩与母扣的外端锥面成过盈配合。
6.根据权利要求1所述的井下工具的双级气密螺纹结构，其特征在于：所述密封面为环形。
7.根据权利要求1所述的井下工具的双级气密螺纹结构，其特征在于：所述一级锥形密封面与水平面夹角为76°。
8.根据权利要求1所述的井下工具的双级气密螺纹结构，其特征在于：所述二级锥形密封面与水平面夹角为70°。
9.根据权利要求1所述的井下工具的双级气密螺纹结构，其特征在于：一侧螺纹锥面与水平面垂线夹角为20°，另一侧螺纹锥面与水平面垂线夹角为7.5°，螺纹每英寸6牙。
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