CN112855042A - 钢管用特殊螺纹接头 - Google Patents

Abstract

本发明属于螺纹接头技术领域，具体涉及一种钢管用特殊螺纹接头，旨在解决现有技术中螺纹接头在管端部损伤的情况下，无法保证良好的密封性和连接性的问题。本申请提供的钢管用特殊螺纹接头通过对连接螺纹区、密封面区和扭矩台肩区的组合设计改进，保证螺纹强度的同时，使得螺纹接头管端部即使在受到损伤的情况下，依然能够保持良好的密封性和连接性。此外，由于本申请的特殊结构设计，本申请的密封面远离管端部分，依然保证了唇部的厚度，即保证了抗压缩性能，降低了接头前端变形的风险。同时，本发明避免了因加工误差问题导致内套管接头的管端部分易与外套管接头发生对顶和粘扣的情况。

Description

钢管用特殊螺纹接头

技术领域

本发明属于螺纹接头技术领域，具体涉及一种钢管用特殊螺纹接头。

背景技术

石油勘探和生产用油井管广泛的使用螺纹接头连接方式进行连接，在油气井的开采和生产过程中，螺纹接头的失效是影响生产和井身质量的重要因素。在千米以上的井内，一个螺纹接头的失效，会给施工单位和油田造成很大的经济损失。随着石油和天然气开发深度的加大，以及定向井和水平井比例的提升，开采和生产环境日渐恶劣。对螺纹接头的性能要求越来越高，不仅要具备良好的抗内外压性能，还要具备耐压缩和耐弯曲等性能。这样造成API螺纹接头不能胜任这些井况，需要采用性能更高的特殊螺纹接头。

现有技术中的螺纹接头在受到管端部损伤的情况下，无法保证良好的密封性和连接性。密封区紧邻扭矩台肩部位，即密封面位于管端的螺纹结构在生产和现场使用过程中，极易造成管端磕伤问题，不可避免的会伤害到密封区，进而造成密封区泄露，接头失效。而密封区远离管端紧邻螺纹端的螺纹结构密封性差，因其紧邻螺纹，密封性易受到螺纹啮合过程中的径向作用力影响，特别是在密封过盈量较大的接头，这种影响更加明显，此外，现有技术中密封面远离管端并紧邻螺纹端的螺纹结构唇部厚度相比密封区紧邻扭矩台肩部位的厚度小，一定程度上降低了接头的抗压等性能，因此，需要一种新的钢管用特殊螺纹接头，以解决或至少减轻上述问题的发生。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中螺纹接头在受到管端部损伤的情况下，无法保证良好的密封性和连接性的问题。本申请提供一种钢管用特殊螺纹接头，包括内套管接头和外套管接头，所述内套管接头包括依次连接的第一结构部、第二结构部、第三结构部；所述外套管接头包括依次连接的第四结构部、第五结构部、第六结构部；所述第一结构部设置有偏梯形外螺纹；所述第四结构部设置有与所述偏梯形外螺纹匹配的偏梯形内螺纹；所述第四结构部靠近所述第五结构部的偏梯形内螺纹齿顶平切；所述第五结构部具有用于与所述第二结构部的锥面紧密贴合的作用面；

所述内套管接头和所述外套管接头在螺合状态下，所述作用面与所述第二结构部的锥面过盈配合，所述第三结构部外管面与所述第六结构部内管面形成环状空间。

在一些优选技术方案中，所述偏梯形内螺纹齿顶平切量为v，v≤h*0.18，其中，h为偏梯形内螺纹齿高。

在一些优选技术方案中，所述作用面为锥面或圆弧面；

当所述过盈配合的过盈量大于0.5mm时，所述作用面为锥面，此技术方案主要适用于井深≥4500m，弯曲狗腿度≤20°/30m，内压≤103MPa，温度≤180℃的应用工况；

当所述过盈配合的过盈量不大于0.5mm时，所述作用面为圆弧面，此技术方案主要适用于井深＜4500m，弯曲狗腿度≤20°/30m，内压≤55MPa，温度≤135℃的应用工况。

在一些优选技术方案中，当所述过盈配合的过盈量不大于0.5mm时，所述圆弧面半径为R₁，R₁∈(5mm，12mm)，所述圆弧面靠近所述第四结构部的外缘延伸出的切线与水平面夹角θ₁不小于30°。

在一些优选技术方案中，当所述过盈配合的过盈量大于0.5mm时，所述第二结构部靠近所述第一结构部的外管面与所述第五结构部内管面形成储油槽，所述第五结构部靠近所述偏梯形内螺纹处的内管面设置有过渡圆角面，所述过渡圆角面与所述作用面连接。

在一些优选技术方案中，所述过渡圆角面的半径为R₂，R₂∈(3.5mm，9.85mm)，所述过渡圆角面中心角为θ₂，θ₂∈(10°，30°)。

在一些优选技术方案中，所述偏梯形外螺纹和所述偏梯形内螺纹的锥度均为1:16～1:12。

在一些优选技术方案中，所述偏梯形外螺纹和所述偏梯形内螺纹均包括若干个螺纹齿，所述螺纹齿包括承载面和导向面；

所述承载面与螺纹轴线的垂线之间的夹角为α，α∈(-10°，3°)；

所述导向面与螺纹轴线的垂线之间的夹角为β，β∈(10°，45°)。

在一些优选技术方案中，所述偏梯形外螺纹与所述偏梯形内螺纹为过渡配合，所述偏梯形外螺纹与偏梯形内螺纹的螺纹牙侧配合公差为a，a∈(-0.05mm，0.05mm)。

在一些优选技术方案中，所述内套管接头和所述外套管接头在螺合状态下，所述偏梯形外螺纹和所述偏梯形内螺纹插入牙侧之间的轴向间距为g，g∈(0um，100um)；所述偏梯形内螺纹牙底和所述偏梯形外螺纹牙顶之间间距为b，b∈(0.03mm，0.1mm)。

在一些优选技术方案中，所述第二结构部的锥面与水平面之间的夹角为θ，θ∈(5°，15°)。

本发明的有益效果：

本发明通过对连接螺纹区、密封面区和扭矩台肩区的组合设计改进，保证螺纹强度的同时，使得螺纹接头管端部即使在受到损伤的情况下，依然能够保持良好的密封性和连接性。此外，由于本申请的特殊结构设计，本申请的密封面远离管端部分，依然保证了唇部的厚度，即保证了抗压缩性能，降低了接头前端变形的风险。同时，本发明降低了因加工误差问题导致内套管接头的管端部分易与外套管接头发生对顶和粘扣的情况。

本发明连接螺纹区段的承载面和导向面的角度设计、配合尺寸及尾端处理方式，可有效保证密封面的密封性能，并能降低扭矩台肩应力；密封面区段的密封面远离扭矩台肩端，可有效减少管体前端端面损伤所导致的密封失效；扭矩台肩区段的不同尺寸倒角，可起到提高接头抗粘扣和抗过扭性能的同时，又减少应力集中。考虑到螺纹加工的经济性问题，在一定的管径和壁厚下，本申请提供一种螺纹收尾处采用平切的结构；或在一定工况应用下，螺纹承载面的角度为正值，提高了螺纹接头的可加工性。或在要求密封性较高的油套管上，可采用具有储油槽形式的外螺纹接头，通过合理优化储油槽形式，提高了接头的性能，并降低了粘扣的风险，本申请的螺纹接头能够保证即使管端出现损伤依然能够保证良好的密封性和连接性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一种实施例的钢管用特殊螺纹接头整体结构示意图；

图2为图1中A的放大示意图；

图3为本发明一种实施例中连接螺纹区结构的局部放大示意图一；

图4为本发明一种实施例中连接螺纹区结构的局部放大示意图二；

图5a为本发明一种实施例中密封面区结构放大示意图；

图5b为本发明另一种实施例中密封面区结构放大示意图；

图6为本发明一种实施例中扭矩台肩区结构放大示意图；

图7为本发明一种实施例中带有过渡圆角的密封面末端与直角末端接头的力学性能对比示意图；

图8为本发明一种实施例中作用面为圆弧面的结构示意图；

图9为本发明一种实施例中内套管接头的前端放大示意图；

图10为本发明一种实施例中密封面角度与接触应力的映射关系示意图；

图11为本发明一种实施例中密封面区距离与接触应力的映射关系示意图；

图12为本发明一种实施例中外套管接头止端放大示意图；

图13为本发明一种实施例中接头前端长度与密封面接触应力的映射关系示意图；

图14为本发明一种实施例中最大应力坐落在扭矩台肩上的示意图；

图15为本发明一种实施例中接头管端距离与接触应力的映射关系示意图；

附图标记列表：

1-内套管接头；2-外套管接头；3-连接螺纹区；4-密封面区；5-扭矩台肩区；6-偏梯形外螺纹；7-偏梯形内螺纹；8-承载面；9-导向面；10-螺纹牙顶；11-螺纹牙底；12-储油槽；13-偏梯形内螺纹齿顶平切；14-内套管接头密封锥面；15-内套管接头扭矩台肩端面；16-内套管接头扭矩台肩过渡区；17-内套管接头台肩过渡区；18-外套管接头密封锥面；19-台肩过渡区；20-涡流释放空间；21-外套管接头扭矩台肩面；22-内套管接头台肩倒角；23-外套管接头台肩倒角。

具体实施方式

为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明的一种钢管用特殊螺纹接头，包括内套管接头和外套管接头，其中，内套管接头包括依次连接的第一结构部、第二结构部、第三结构部；外套管接头包括依次连接的第四结构部、第五结构部、第六结构部；第一结构部设置有偏梯形外螺纹；第四结构部设置有与偏梯形外螺纹匹配的偏梯形内螺纹；第四结构部靠近第五结构部的偏梯形内螺纹齿顶平切；第五结构部具有用于与第二结构部的锥面紧密贴合的作用面；

内套管接头和外套管接头在螺合状态下，作用面与第二结构部的锥面过盈配合，第三结构部外管面直径向小于第六结构部内管面，第三结构部与第六结构部内管面之间形成环状空间。

在本申请的优选实施例中，第一结构部为偏梯形外螺纹段，第二结构部为内套管接头密封段，第三结构部为内套管接头扭矩台肩段；第四结构部为偏梯形内螺纹段、第五结构部为外套管接头密封段、第六结构部为外套管接头扭矩台肩段；

其中，在内套管接头和所述外套管接头在螺合状态下，内套管接头密封段的锥面与外套管接头密封段的作用面过盈配合以形成密封。

在本申请的优选实施例中，作用面可以为圆弧面或锥面。

具体而言，当螺纹接头需要适用于井深≥4500m，弯曲狗腿度≤20°/30m，内压≤103MPa，温度≤180℃的应用工况时，本申请设置内套管接头密封段的锥面与外套管接头密封段的作用面过盈配合的过盈量不大于0.5mm，此时作用面为圆弧面，即外套管接头与内套管接头的密封处为圆弧面对锥面。此时，作用面的圆弧面一端与第四结构部的末端偏梯形内螺纹连接，另一端与第六结构部的过渡区内管面连接，作用面的圆弧面半径为R₁，R₁∈(5mm，12mm)，如6mm、7mm、10mm、11mm等。圆弧面靠近第四结构部的外缘延伸出的切线与水平面夹角θ₁不小于30°。如33°、35°、40°、45°等。

当螺纹接头需要适用于井深＜4500m，弯曲狗腿度≤20°/30m，内压≤55MPa，温度≤135℃的应用工况时，此时，本申请设置内套管接头密封段的锥面与外套管接头密封段的作用面过盈配合的过盈量大于0.5mm，此时作用面为锥面，即外套管接头与内套管接头的密封处为锥面对锥面。此时，第二结构部靠近第一结构部的外管面与第五结构部内管面形成储油槽，第五结构部靠近偏梯形内螺纹处的内管面设置有过渡圆角面，过渡圆角面与作用面连接，进一步地，过渡圆角面的半径为R₂，R₂∈(3.5mm，9.85mm)，如4mm、5mm、6.5mm、7.5mm等；过渡圆角面中心角为θ₂，θ₂∈(10°，30°)，如13°、16°、23°、25°等。

为了更清晰地对本发明钢管用特殊螺纹接头进行说明，下面结合附图对本发明的以下优选实施例进行展开详述。

实施例1：

作为本发明的一个优选实施例，本发明的钢管用特殊螺纹接头如图1所示，包括外套管接头1和内套管接头2两部分，外套管接头和内套管接头主要由连接螺纹区3、密封面区4和扭矩台肩区5三个区段组成。在本申请的优选实施例中，第一结构部即为偏梯形外螺纹段；第二结构部即为内套管接头密封段；第三结构部即为内套管接头扭矩台肩段；第四结构部即为偏梯形内螺纹段；第五结构部即为外套管接头密封段；第六结构部即为外套管接头扭矩台肩段。在拧紧状态下，外套管接头1内表面和内套管接头2外表面相互结合，即第一结构部与第四结构部构成连接螺纹区3，第二结构部与第五结构部构成密封面区4，第三结构部与第六结构部构成扭矩台肩区5，其中，连接螺纹区3为过渡配合，密封面区4为过盈配合，扭矩台肩区5为轴向接触。

本申请的密封面区4远离管端，降低了因管端磕碰造成的密封区失效问题。但是由于密封区远离管端，不可避免的使得前端的厚度相比密封区位于管端的螺纹低，降低了接头的耐压性能，也使得接头前端在拧紧后，有端部变形的风险。同时，密封面区紧邻连接螺纹区，密封性能会受到螺纹上紧后产生的径向力的影响。故针对以上问题，本发明做了以下改进。

连接螺纹区3的结构设计：

偏梯形外螺纹6和偏梯形内螺纹7均具有若干个螺纹齿，每个螺纹齿均为偏梯形形状，具体地，包括承载面8、导向面9、螺纹牙顶10和螺纹牙底11。其中承载面8为远离端部一侧，导向面9为临近端部一侧。优选地，本申请的偏梯形外螺纹6和偏梯形内螺纹7的锥度均为1:16～1:12。例如1:15、1:14、1:13等。

在一些优选实施例中，本发明一改以往为提高接头抗压能力，承载面8为负角度的螺纹形状。根据钢管管径和壁厚的不同、服役要求的不同，以及加工经济性的考虑，承载面8与螺纹轴线的垂线之间的夹角为α，α∈(-10°，3°)，例如-5°、-3°、2°等；导向面9与螺纹轴线的垂线之间的夹角为β，β∈(10°，45°)，例如15°、20°、25°等。具体而言，负角度的承载面可承受较高的压缩负载性能，正角度承载面具有良好的可加工性。承载面角度α上限值不宜高于3°，根据有限元分析，当高于此值时，螺纹的承受压缩负载性能下降；下限值不宜低于-10°，当低于此值时，加工难度增大，成材率较低。

偏梯形外螺纹与偏梯形内螺纹为过渡配合，偏梯形外螺纹与偏梯形内螺纹的螺纹牙侧配合公差为a，a∈(-0.05mm，0.05mm)。偏梯形外螺纹和偏梯形内螺纹插入牙侧之间的轴向间距为g，g∈(0um，100um)，使得该螺纹偏于经济型，可用于一般工况下使用，即提升加工效率，减少刀损，利于批量生产，而且避免了上卸扣过程中发生粘扣。本申请设置具有正角度承载面的螺纹接头，通过合理设置导向面间隙和接头前端厚度，可具有很好的抗压性能和较好的加工经济性。通过承载面角度α、导向面β的角度和螺纹牙侧间隙a互相组合，可适应多种条件下的应用要求。导向面9的下限值不易低于10°，当低于此值时，加工难度增大；上限值不易高于45°，当高于此值时，螺纹承受拉伸负载和压缩负载性能下降。

内套管接头1在和外套管接头2在螺合状态下，偏梯形外螺纹6和偏梯形内螺纹7插入牙侧之间的轴向间距为g，g∈(0um，100um)；例如30um、50um、70um、90um等。偏梯形内螺纹7牙底和偏梯形外螺纹6牙顶之间间距为b，b∈(0.03mm，0.1mm)，如0.05mm、0.06mm、0.08mm。

本发明的外套管接头2螺纹收尾处：第四结构部的偏梯形内螺纹末端采用齿顶平切结构。具体参阅图5b，即第四结构部靠近第五结构部的偏梯形内螺纹齿顶平切13。在现实生产中，螺纹收尾处采用储油槽的方式加工难度和检测难度较大，外管接头临近储油槽的收尾螺纹在加工过程中易出现毛刺、变形等缺陷，在螺合过程中易与内管螺纹产生粘扣问题，影响接头的性能。本申请采用螺纹末端齿顶平切结构，可以显著提高接头的加工经济性，同时本申请通过合理设置偏梯形内螺纹齿顶平切量v，能够增加本申请螺纹接头的力学性能。

平切量的选择上，若收尾处保留完整螺纹过多，会在径向方向上产生作用力，该作用力会使得螺纹密封面产生分离的趋势。若收尾处平切量过大，则在外套管接头的螺纹收尾处的全顶螺纹数量减少，这样会降低接头的性能。故通过计算和有限元分析，偏梯形内螺纹齿顶平切量v，v≤h*0.18，其中，h为偏梯形内螺纹齿高。本申请通过设置合理的平切量提高螺纹接头强度，同时满足经济性和实用性。

具体而言，内套管接头密封段即第二结构部，包括依次连接的第一内管密封部、第二内管密封部、第三内管过渡部，第一内管密封部与偏梯形外螺纹的端部连接，第三内管过渡部与内套管接头扭矩台肩段连接，第二内管密封部为向第三内管过渡部方向连续降低的倾斜结构；第一内管密封部即为第二结构部靠近第一结构部的外管面；第三内管过渡部即为第二结构部靠近第三结构部的外管面。

外套管接头密封段即第五结构部，包括依次连接的第一外管密封部、第二外管密封部、第三外管过渡部，第一外管密封部与偏梯形内螺纹的端部连接，第三外管过渡部与外套管接头扭矩台肩段连接，第二外管密封部为向第三外管过渡部方向连续降低的倾斜结构；进一步地，第二外管密封部的面积小于第二内管密封部，即第二外管密封部的轴向长度小于第二内管密封部的轴向长度，通过此设置使得第三外管过渡部的径向大于第三内管过渡部，第三外管过渡部与第三内管过渡部之间形成间隙。

在内套管接头与外套管接头紧固状态下，偏梯形外螺纹与偏梯形内螺纹螺合匹配形成连接螺纹区，内套管接头密封段与外套管接头密封段相对形成密封面区，内套管接头扭矩台肩段与外套管接头扭矩台肩段相对形成扭矩台肩区；第二外管密封部沿轴向的长度小于第二内管密封部且第二内管密封部与第二外管密封部紧密抵接形成密封段，第一外管密封部与第一内管密封部之间形成空隙，该空隙用于储存多余螺纹脂的作用，降低接头的应力，第三外管过渡部与第三内管过渡部之间形成环状空间，该环状空间为即涡流释放空间20。

密封面区4的结构设计：

本发明的钢管螺纹接头中的内套管接头，一改以往密封面区和连接螺纹区前部采用两个不同角度，将密封面区和螺纹前端合并为同一区域，密封面区位于偏梯形外螺纹首扣的倒角面上，内套管接头密封锥面14与水平面的角度为θ，θ∈(5°，15°)，如8°、10°、12°、13°、14°，即内套管接头密封锥面14与水平线夹角为5°～15°。这样使得密封区和扭矩台肩之间的内套管接头扭矩台肩过渡区16的台肩过渡区厚度e增加，提高了接头前端的厚度。增加了接头抗压缩的能力，降低接头端部变形风险。同时，考虑到密封区紧邻连接螺纹区，位置控制不当，会引起螺纹首扣的变形。故本发明严格限制了外套管接头密封锥面轴向长度c和内套管接头密封锥面末端距离公螺纹第一扣距离d。

本发明充分考虑到了在不同过盈量下的密封面形式，为的是在上扣过程中，密封面能够产生合适的塑性变形，从而使得外套管接头的密封面和内套管接头的密封面达到最佳配合，并降低粘扣的风险。在设计较大过盈量的接头形式下，内套管接头密封面为如图5所示的内套管接头密封锥面14，外套管接头具有与内套管接头密封锥面14紧密配合的作用面，在内套管接头1和外套管接头2在螺合状态下，作用面与内套管接头密封锥面14过盈配合。

在本申请的优选实施例中，作用面为锥面。

具体而言，当过盈配合的过盈量大于0.5mm时，作用面为锥面，即外套管接头与内套管接头的密封处为锥面对锥面。此时，第二结构部靠近第一结构部的外管面与第五结构部内管面形成储油槽，第五结构部靠近偏梯形内螺纹处的内管面设置有过渡圆角面，过渡圆角面与作用面连接，进一步地，如图6所示，采用储油槽结构，锥面对锥面密封结构时，外套管接头在密封区靠近螺纹位置处的过渡圆角面半径为R₂，R₂∈(3.5mm，9.85mm)；过渡圆角面中心角为θ₂，θ₂∈(10°，30°)。该设置使得内套管接头在上紧时插入更为容易，用于防止在上扣过程中，内套管接头1的台肩端部与外套管接头2密封区临近储油槽的位置产生对顶同时减少粘扣的产生。通过设置平缓的圆角，可以帮助内套管接头顺利的导入，减少该部位的摩擦，防止上扣过程中端部的损伤。同时，过渡区域的曲率更大，降低了接头的应力，降低了塑性变形量，提高了密封区的接触应力参阅图7。

参阅图9，根据本发明，将内套管接头密封面区4设置在紧邻连接螺纹区位置，远离管端，可以防止在使用过程中因管端磕伤造成的密封区损坏。另外，通过将密封区设置在外螺纹首扣倒角面延长线上，可以增加内套管接头扭矩台肩过渡区16的台肩过渡区厚度e，减小台肩过渡区变形的倾向，增加接头的抗压性能。

随着石油开采深度和难度的增加，一些油气井通常需要相当于屈服强度60％以上的抗压性能。压缩载荷不仅被施加在螺纹上，同时也施加于螺纹前端，包括密封面区4、扭矩台肩5和之间的台肩过渡区19。经过研究表明，如果内套管接头台肩过渡区16厚度与管体壁厚比值越高，螺纹接头的抗压性能越高。

故本发明在保证接头具有高密封性的同时，确保内套管接头台肩过渡区17厚度与管体壁厚比值在50％以上，需要对密封面的角度θ进行控制。密封面角度θ，参阅图10，经过有限元分析，密封区所在的外螺纹首扣延长线与水平线的夹角θ，优选在5°～15°之间。

如图12所示，在锥面对锥面密封结构下，外套管接头密封锥面18和内套管接头密封面14形状皆为具有同角度的锥形面，密封面相对于水平线，夹角在5°至15°之间。在锥面对锥面密封结构下，密封面区具有1.5-2.5mm的轴向长度的接触区域，参阅图11，在该区域下的接触应力值越大。

钢管螺纹接头前端长度f同时也会影响接头的抗压性能，其中主要体现在内套管接头扭矩台肩过渡区16长度的不同。理论上，长度越小，接头密封区上的接触应力值越大，但综合考虑接头的其他性能，如抗压性能，则需要选择合适的过渡区长度。参阅图13，通过有限元分析计算，螺纹接头前端长度f一般在5mm～15mm，如8mm、10mm、13mm等。

扭矩台肩区5的结构设计：

扭矩台肩端面与竖直线之间设置有夹角，该夹角为台肩面角度γ，γ∈(-5°，-15°)，例如-8°、-10°、-13°等。这样接头在上紧情况下，具有负角度的外套管接头扭矩台肩面21可以钩住具有同角度的内套管接头扭矩台肩面15，使得内套管接头和外套管接头的连接更为牢固。

但是在具有负角度扭矩台肩上紧情况下，接头的最大接触应力易出现在扭矩台肩的位置，参阅图14，而并非出现在密封区的位置。这样会使得扭矩台肩区5成为主要密封面，而密封面区4成为辅助密封面。所以优选的，内套管接头扭矩台肩倒角22为0.9mm～1.1mm，如0.95mm、1mm、1.05mm等。外套管接头台肩倒角23为0.8～1.0mm，如0.85mm、0.9mm、0.95mm等。根据有限元分析，具有以上倒角的接头，可降低此区间的应力集中，使得接触应力的最高点，作用在密封面上图15所示。

实施例2：

实施例2与实施例1的区别点在于，外套管接头2的第五结构部的作用面为圆弧面。

优选地，当螺纹密封面过盈量不大于0.5mm时，优选采用实施例2，当螺纹密封面过盈量大于0.5mm时，优选采用实施例1。

当过盈配合的过盈量不大于0.5mm时，作用面为圆弧面，即外套管接头与内套管接头的密封处为圆弧面对锥面。外管密封面作用面的圆弧面半径为R₁，R₁∈(5mm，12mm)，圆弧面靠近第四结构部的外缘延伸出的切线与水平面夹角θ₁不小于30°，具体参阅图8。

具体地，实施例2的外套管接头2螺纹收尾处的螺纹平切，具体参阅图5b，即第四结构部靠近第五结构部的偏梯形内螺纹齿顶平切13。这样可以显著提高接头的加工经济性。并通过合理设置偏梯形内螺纹齿顶平切量v，使得这种加工方式下的接头，性能接近采用退刀槽式的螺纹接头。

平切量的选择上，若收尾处保留完整螺纹过多，会在径向方向上产生作用力，该作用力会使得螺纹密封面产生分离的趋势。若收尾处平切量过大，则在外套管接头的螺纹收尾处的全顶螺纹数量减少，这样会降低接头的性能。故通过计算和有限元分析，偏梯形内螺纹齿顶平切量v，v≤h*0.18，其中，h为偏梯形内螺纹齿高。本申请通过设置合理的平切量提高螺纹接头强度，同时满足经济性和实用性。所以，相比于实施例1，实施例2中第五结构部的作用面结构做了适应性的调整，当仍然具有实施例1所具有的优点。本实施例能够保证螺纹强度的同时，降低因加工误差导致在对扣过程中，避免螺纹的粘扣。

实施例3：

实施例3与实施例1的区别点在于，外套管接头2的第二结构部靠近第一结构部的外管面与第五结构部内管面形成储油槽，第五结构部靠近偏梯形内螺纹处的内管面设置有过渡圆角面，过渡圆角面与作用面连接。

储油槽12的轴向长度控制在1～2个螺纹螺距之间，控制轴向长度主要是让内套管接头密封锥面14尽可能靠近螺纹，可有效防止在运输或者使用过程中对内套管接头密封锥面14的擦伤。螺纹根部设置储油槽结构，可以减少螺合过程中外观螺纹和内管螺纹产生的径向力，这种径向力对密封区的结合是不利的。除此之外，储油槽可存储螺纹脂，减少螺合过程中的应力集中。

当过盈配合的过盈量大于0.5mm时，作用面为锥面，即外套管接头与内套管接头的密封处为锥面对锥面。此时，第二结构部靠近第一结构部的外管面与第五结构部内管面形成储油槽，第五结构部靠近偏梯形内螺纹处的内管面设置有过渡圆角面，过渡圆角面与作用面连接，进一步地，如图6所示，采用储油槽结构，锥面对锥面密封结构时，外套管接头在密封区靠近螺纹位置处的过渡圆角面半径为R₂，R₂∈(3.5mm，9.85mm)；过渡圆角面中心角为θ₂，θ₂∈(10°，30°)。该设置使得内套管接头在上紧时插入更为容易，用于防止在上扣过程中，内套管接头1的台肩端部与外套管接头2密封区临近储油槽的位置产生对顶同时减少粘扣的产生。通过设置平缓的圆角，可以帮助内套管接头顺利的导入，减少该部位的摩擦，防止上扣过程中端部的损伤。同时，过渡区域的曲率更大，降低了接头的应力，提高了密封区的接触应力参阅图7。所以，相比于实施例1，实施例3中第四结构部和第五结构部的结构做了适应性的调整，但仍然具有实施例1所具有的优点。本实施例能够保证螺纹强度的同时，降低因加工误差导致在对扣过程中，内套管接头的管端部分与外套管接头发生对顶的风险，避免螺纹的粘扣。

实施例4：

实施例4与实施例1的区别点在于，外套管接头2的第五结构部的作用面为圆弧面。外套管接头2的第二结构部靠近第一结构部的外管面与第五结构部内管面形成储油槽。

当过盈配合的过盈量不大于0.5mm时，作用面为圆弧面，即外套管接头与内套管接头的密封处为圆弧面对锥面。外管密封面作用面的圆弧面半径为R₁，R₁∈(5mm，12mm)，圆弧面靠近第四结构部的外缘延伸出的切线与水平面夹角θ₁不小于30°。该圆弧面一直延伸到储油槽底部。

储油槽12的轴向长度控制在1～2个螺纹螺距之间，控制轴向长度主要是让内套管接头密封锥面14尽可能靠近螺纹，可有效防止在运输或者使用过程中对内套管接头密封锥面14的擦伤。螺纹根部设置储油槽结构，可以减少螺合过程中外观螺纹和内管螺纹产生的径向力，这种径向力对密封区的结合是不利的。除此之外，储油槽可存储螺纹脂，减少螺合过程中的应力集中。

此外本申请中实施例1和实施例2的螺纹末端由于采用平切处理，因此连接螺纹区的末端不会出现毛刺、翻边等缺陷，避免了现有技术中，螺纹接头在上扣过程中易发生变形，易导致粘扣问题的出现，此外，本申请实施例1和实施例2的加工周期短，检测难度低，降低了螺纹接头的制造难度。

上述本申请实施例中的技术方案中，至少具有如下的技术效果及优点：

本发明通过对连接螺纹区、密封面区和扭矩台肩区的组合设计改进，保证螺纹强度的同时，使得螺纹接头管端部即使在受到损伤的情况下，依然能够保持良好的密封性和连接性。此外，由于本申请的特殊结构设计，本申请的密封面远离管端部分，依然保证了唇部的厚度，即保证了抗压缩性能，降低了接头前端变形的风险。同时，本发明降低了因加工误差问题导致内套管接头的管端部分易与外套管接头发生对顶和粘扣的情况。

本发明连接螺纹区段的承载面和导向面的角度设计、配合尺寸及尾端处理方式，可有效保证密封面的密封性能，并能降低扭矩台肩应力；密封面区段的密封面远离扭矩台肩端，可有效减少管体前端端面损伤所导致的密封失效；扭矩台肩区段的不同尺寸倒角，可起到提高接头抗粘扣和抗过扭性能的同时，又减少应力集中。考虑到螺纹加工的经济性问题，在一定的管径和壁厚下，本申请提供一种螺纹收尾处采用平切的结构；或在一定工况应用下，螺纹承载面的角度为正值，提高了螺纹接头的可加工性。或在要求密封性较高的油套管上，可采用具有储油槽形式的外螺纹接头，通过合理优化储油槽形式，提高了接头的性能，并降低了粘扣的风险，本申请的螺纹接头能够保证即使管端出现损伤依然能够保证良好的密封性和连接性。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢管用特殊螺纹接头，包括内套管接头和外套管接头，其特征在于，所述内套管接头包括依次连接的第一结构部、第二结构部、第三结构部；所述外套管接头包括依次连接的第四结构部、第五结构部、第六结构部；所述第一结构部设置有偏梯形外螺纹；所述第四结构部设置有与所述偏梯形外螺纹匹配的偏梯形内螺纹；所述第五结构部具有用于与所述第二结构部的锥面紧密贴合的作用面；所述第四结构部靠近所述第五结构部的偏梯形内螺纹齿顶平切或所述第四结构部；

所述内套管接头和所述外套管接头在螺合状态下，所述作用面与所述第二结构部的锥面过盈配合，所述第三结构部外管面与所述第六结构部内管面形成环状空间。

2.根据权利要求1所述的钢管用特殊螺纹接头，其特征在于，所述偏梯形内螺纹齿顶平切量为v，v≤h*0.18，其中，h为偏梯形内螺纹齿高。

3.根据权利要求1所述的钢管用特殊螺纹接头，其特征在于，所述作用面为锥面或圆弧面；

当所述过盈配合的过盈量大于0.5mm时，所述作用面为锥面；

当所述过盈配合的过盈量不大于0.5mm时，所述作用面为圆弧面。

4.根据权利要求3所述的钢管用特殊螺纹接头，其特征在于，当所述过盈配合的过盈量不大于0.5mm时，所述圆弧面半径为R₁，R₁∈(5mm，12mm)，所述圆弧面靠近所述第四结构部的外缘延伸出的切线与水平面夹角θ₁不小于30°。

5.根据权利要求3所述的钢管用特殊螺纹接头，其特征在于，当所述过盈配合的过盈量大于0.5mm时，所述第五结构部靠近所述偏梯形内螺纹处的内管面设置有过渡圆角面，所述过渡圆角面与所述作用面连接。

6.根据权利要求5所述的钢管用特殊螺纹接头，其特征在于，所述过渡圆角面的半径为R₂，R₂∈(3.5mm，9.85mm)，所述过渡圆角面的中心角为θ₂，θ₂∈(10°，30°)。

7.根据权利要求1所述的钢管用特殊螺纹接头，其特征在于，所述偏梯形外螺纹和所述偏梯形内螺纹的锥度均为1:16～1:12。

8.根据权利要求7所述的钢管用特殊螺纹接头，其特征在于，所述偏梯形外螺纹和所述偏梯形内螺纹均包括若干个螺纹齿，所述螺纹齿包括承载面和导向面；

所述承载面与螺纹轴线的垂线之间的夹角为α，α∈(-10°，3°)；

所述导向面与螺纹轴线的垂线之间的夹角为β，β∈(10°，45°)。

9.根据权利要求1所述的钢管用特殊螺纹接头，其特征在于，所述内套管接头和所述外套管接头在螺合状态下，所述偏梯形外螺纹和所述偏梯形内螺纹插入牙侧之间的轴向间距为g，g∈(0um，100um)；所述偏梯形内螺纹牙底和所述偏梯形外螺纹牙顶之间间距为b，b∈(0.03mm，0.1mm)。

10.根据权利要求1所述的钢管用特殊螺纹接头，其特征在于，所述第二结构部的锥面与水平面之间的夹角为θ，θ∈(5°，15°)。

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