CN114809945A - 油套管螺纹接头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种油套管螺纹接头。油套管螺纹接头包括：外螺纹接头；内螺纹接头，与外螺纹接头螺纹连接；沿油套管螺纹接头的轴向，外螺纹接头和内螺纹接头之间由外侧向内侧依次形成有外密封部、螺纹部以及内密封及台肩部；其中，外密封部包括设置在外螺纹接头上的第一外密封面和设置在内螺纹接头上的第二外密封面，第一外密封面与第二外密封面密封配合；第二外密封面的中点到内螺纹接头的管端面的距离为L20，内螺纹接头的鼻端长度为L21，其中，L20和L21满足如下关系：0.15≤L20/L21≤0.75。本发明的技术方案中，该油套管螺纹接头能够实现独立的内外双重密封，密封更加可靠。

Description

油套管螺纹接头

技术领域

本发明涉及石油管工程技术领域，具体而言，涉及一种油套管螺纹接头。

背景技术

随着油气田开发环境越来越复杂，对油套管螺纹接头密封性能提出了更严格的要求，即在拉伸、压缩、内压、外压、弯曲等各种复杂恶劣工况及偶然性外部因素下仍能保持优异的密封稳健性和优异的压缩性能。

目前多数油套管螺纹接头仅设置内密封结构进行一次密封，密封效果不可靠。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种油套管螺纹接头，该油套管螺纹接头能够实现独立的内外双重密封，密封更加可靠。

为了实现上述目的，本发明的提供了一种油套管螺纹接头，包括：外螺纹接头；内螺纹接头，与外螺纹接头螺纹连接；沿油套管螺纹接头的轴向，外螺纹接头和内螺纹接头之间由外侧向内侧依次形成有外密封部、螺纹部以及内密封及台肩部；其中，外密封部包括设置在外螺纹接头上的第一外密封面和设置在内螺纹接头上的第二外密封面，第一外密封面与第二外密封面密封配合；第二外密封面的中点到内螺纹接头的管端面的距离为L20，内螺纹接头的鼻端长度为L21，其中，L20和L21满足如下关系：0.15≤L20/L21≤0.75。

进一步地，第一外密封面与油套管螺纹接头的轴向之间具有夹角α1，夹角α1满足如下关系：3.50°≤α1≤9.90°；第二外密封面与油套管螺纹接头的轴向之间具有夹角β1，夹角β1满足如下关系：3.50°≤β1≤9.90°；且夹角α1和夹角β1均满足如下关系：0°≤α1-β1≤1.5°。

进一步地，沿油套管螺纹接头的轴向，第二外密封面的长度为L22，L22满足如下关系：2mm≤L22≤5mm。

进一步地，内螺纹接头上还设有第一连接面，第一连接面的一端与管端面连接，第一连接面的另一端与第二外密封面连接；第一连接面包括锥面、柱形面和弧面中的至少一种。

进一步地，第一外密封面与外螺纹接头的本体外周表面之间具有第二连接面；第二连接面与第一外密封面不在同一周向表面；或者，第二连接面与第一外密封面在同一周向表面。

进一步地，螺纹部包括：设置在外螺纹接头的外壁面上的第一螺纹；设置在内螺纹接头的内壁面上的第二螺纹；第一螺纹和第二螺纹螺纹配合，以使外螺纹接头与内螺纹接头螺纹连接；其中，当第一螺纹和第二螺纹螺纹配合时，第一螺纹的第一螺纹牙和第二螺纹的第二螺纹牙啮合，且相邻的第一螺纹牙和第二螺纹牙之间具有齿侧间隙d，d满足如下关系：0.02mm≤d≤0.15mm。

进一步地，内密封及台肩部包括设置在外螺纹接头上的第一内密封面和设置在内螺纹接头上的第二内密封面，第一内密封面与第二内密封面密封配合；外螺纹接头的鼻端长度为L10，第二内密封面的中点到内螺纹接头的第一对顶台肩面的距离为L23，其中，L10和L23满足如下关系：0.25≤L23/L10≤0.9。

进一步地，第一内密封面与油套管螺纹接头的轴向之间具有夹角α2，夹角α2满足如下关系：3.50°≤α2≤9.90°；第二内密封面与油套管螺纹接头的轴向之间具有夹角β2，夹角β2满足如下关系：3.50°≤β2≤9.90°；且夹角α2和夹角β2均满足如下关系：0°≤β2-α2≤1.5°。

进一步地，沿油套管螺纹接头的轴向，第二内密封面的长度为L24，L24满足如下关系：2mm≤L24≤5mm。

进一步地，内螺纹接头上还设有第二连接面，第二连接面的一端与第二内密封面连接，第二连接面的另一端与第一对顶台肩面连接；第二连接面包括锥面、柱形面和弧面中的至少一种。

进一步地，内密封及台肩部还包括设置在外螺纹接头的端面并与第一内密封面连接的第一台肩面，第一台肩面与第一对顶台肩面过盈配合；其中，第一台肩面与竖直方向之间具有夹角α3，夹角α3满足如下关系：0°≤α3≤15°；第一对顶台肩面与竖直方向之间具有夹角β3，夹角β3满足如下关系：0°≤β3≤15°；且夹角α3和夹角β3均满足如下关系：0°≤β3-α3≤1°。

应用本发明的技术方案，外螺纹接头和内螺纹接头螺纹连接。沿油套管螺纹接头的轴向，外螺纹接头和内螺纹接头之间由外侧向内侧依次形成有外密封部、螺纹部以及内密封及台肩部。外螺纹接头的第一外密封面和内螺纹接头的第二外密封面在径向上过盈配合，从而产生外密封效果；外螺纹接头的第一内密封面和内螺纹接头的第二内密封面在径向上过盈配合，从而产生内密封效果。本发明的实施例中，通过外密封部和内密封及台肩部能够实现独立的内外双重密封，密封更加可靠。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的油套管螺纹接头的实施例的结构示意图；

图2示出了图1的油套管螺纹接头的外螺纹接头的结构示意图；

图3示出了图1的油套管螺纹接头的内螺纹接头的结构示意图；

图4示出了图2的外螺纹接头的a1处的放大图；

图5示出了图3的内螺纹接头的a2处的放大图；

图6示出了图1的油套管螺纹接头的b处的放大图；

图7示出了图1的油套管螺纹接头的c处的放大图；

图8示出了图2的外螺纹接头的c1处的放大图；

图9示出了图3的内螺纹接头的c2处的放大图；

图10示出了本发明的油套管螺纹接头的基于有限元分析的密封性能的量化指标与L20/L21关系图；以及

图11示出了本发明的油套管螺纹接头的基于有限元分析的密封性能的量化指标与L23/L10关系图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、外螺纹接头；10、本体外周表面；11、第一外密封面；12、第一螺纹；13、第一内密封面；14、第一台肩面；15、倾斜面；2、内螺纹接头；20、管端面；21、第一连接面；22、第二外密封面；23、第二螺纹；24、第二内密封面；25、第二连接面；26、第一对顶台肩面。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

随着油气田开发环境越来越复杂，对油套管螺纹接头密封性能提出了更严格的要求，即在拉伸、压缩、内压、外压、弯曲等各种复杂恶劣工况及偶然性外部因素下仍能保持优异的密封稳健性和优异的压缩性能。

标准的API(American Petroleum Institute，美国石油学会)螺纹油套管由于本身的设计缺陷导致其存在螺纹接头连接强度低、抗复合载荷能力差、不具备气密封性能等问题，无法胜任苛刻的井况，主要用于浅井、低压井等工况要求不高的井况。

中国专利(公开号为CN 203925329U)公开了一种名称为“一种气密封油套管接头”的实用新型专利，该专利技术螺纹为偏梯形结构，齿顶齿底平行螺纹母线，外螺纹接头端设计有第一定位台肩和第一密封面，内螺纹接头设计有相对应的第二定位台肩和第二密封面，第一密封面和第二密封面为倾斜角为β的锥面，其中0.1≤tanβ≤1.8，这种较为传统的结构的密封结构靠近台肩，其密封性能严重受到定位台肩的受力状态影响，密封性能的稳定性不高。

中国专利(公开号为CN 2575286Y)公开了一种名称为“油、套管螺纹接头”的实用新型专利，该专利技术螺纹为改进的偏梯形结构，密封结构采用了外密封面为柱面，内密封面为球面的结构，该密封结构的生产加工及检测困难，而且密封结构容易意外损伤。

中国专利(公开号为CN100390454C)公开了一种名称为“包括至少一个具有端唇部的螺纹元件的改进螺纹管连接”的发明专利，该专利技术密封面与台肩之间设计有“附件”，“附件”与密封面不在同一圆周表面。该密封结构加工复杂，需加工额外的“附件”结构，且其密封面角度至少为10度，密封面角度过大会造成台肩的厚度偏薄，在一定程度上影响压缩性能。

中国专利(公开号为CN102313085A)公开了一种名称为“管用螺纹接头”的发明专利，该专利技术采用三段弧面相连的密封结构，该密封结构的生产加工及检测困难，而且密封结构容易损伤粘扣。

目前多数油套管螺纹接头仅设置内密封结构进行一次密封，密封效果不可靠。

并且，密封接触长度过长将导致密封接触压力降低，从而影响密封性能；密封接触长度过短将导致密封接触压力过高，有导致密封面粘扣的可能；密封接触部位与管端之间的距离影响密封接触状态和油套管螺纹接头的压缩性能。

为了解决上述问题，本发明及本发明的实施例提供了一种油套管螺纹接头。

如图1至图9所示，本发明的实施例中，油套管螺纹接头包括外螺纹接头1和内螺纹接头2，外螺纹接头1和内螺纹接头2拧接组合。外螺纹接头1加工在管端外表面，从钢管本体到管端主要结构依次为第一外密封面11、第一螺纹12、第一内密封面13、第一台肩面14和倾斜面15。内螺纹接头2加工在管端内表面，从管端到钢管本体主要结构依次为第一连接面21、第二外密封面22、第二螺纹23、第二内密封面24、第二连接面25、第一对顶台肩面26。

如图1至图5所示，本发明的实施例中，油套管螺纹接头包括外螺纹接头1和内螺纹接头2，内螺纹接头2与外螺纹接头1螺纹连接；沿油套管螺纹接头的轴向，外螺纹接头1和内螺纹接头2之间由外侧向内侧依次形成有外密封部a、螺纹部b以及内密封及台肩部c；其中，外密封部a包括设置在外螺纹接头1上的第一外密封面11和设置在内螺纹接头2上的第二外密封面22，第一外密封面11与第二外密封面22密封配合；第二外密封面22的中点到内螺纹接头2的管端面20的距离为L20，内螺纹接头2的鼻端长度为L21，其中，L20和L21满足如下关系：0.15≤L20/L21≤0.75。

本发明的实施例中，油套管螺纹接头包括外螺纹接头1和内螺纹接头2。外螺纹接头1和内螺纹接头2螺纹连接。沿油套管螺纹接头的轴向，外螺纹接头1和内螺纹接头2之间由外侧向内侧依次形成有外密封部a、螺纹部b以及内密封及台肩部c。外螺纹接头1的第一外密封面11和内螺纹接头2的第二外密封面22在径向上过盈配合，从而产生密封效果，实现外密封；通过内密封及台肩部能够实现内密封。

本发明的实施例中，通过外密封部a(外密封结构)和内密封及台肩部c(内密封结构)能够实现独立的内外双重密封，密封更加可靠。

本发明的实施例中，第二外密封面22的中点到内螺纹接头2的管端面20的距离L20与内螺纹接头2的鼻端长度L21满足设定关系。L20/L21值过大或者过小均会由于受自由管端扩径或外压作用的影响，从而导致密封接触状态变差，影响密封性能。

L20/L21值越小，表示第二外密封面22越靠近管端，则会导致第二外密封面22受自由管端扩径影响，从而影响密封性能；L20/L21值越大，在外压作用下，外螺纹接头1的第一外密封面11和内螺纹接头2的第二外密封面22之间的接触状态越倾向分离，从而影响密封性能。

经过有限元分析，如图10所示，P表示密封接触压力，x表示密封接触长度，由于密封性能是密封接触压力和密封接触长度的综合决定，所以用密封接触压力P对密封接触长度x进行积分表示密封性能的量化指标∫_xPdx，可以看出在0.15≤L20/L21≤0.75时，油套管螺纹接头密封性能较好，具有较优的密封量化指标。因此，本发明的实施例中，距离L20和鼻端长度L21满足如下关系：0.15≤L20/L21≤0.75。

优选地，距离L20和鼻端长度L21满足如下关系：0.40≤L20/L21≤0.50。

需要说明的是，本发明的实施例中，第二外密封面22的中点指的是第二外密封面22的正中点，此点离第二外密封面22的两端点的距离相等。

本发明的实施例中，油套管螺纹接头是一种具有优异外压密封性能、内压密封性能和压缩性能的油套管螺纹接头，该螺纹接头在各种复杂恶劣载荷工况下仍然具有良好的结构完整性和密封完整性，同时具有优异的密封稳健性，可适用于高温、高压、超深等地质情况复杂的油气井。

如图4和图5所示，本发明的实施例中，第一外密封面11与油套管螺纹接头的轴向之间具有夹角α1，夹角α1满足如下关系：3.50°≤α1≤9.90°；第二外密封面22与油套管螺纹接头的轴向之间具有夹角β1，夹角β1满足如下关系：3.50°≤β1≤9.90°；且夹角α1和夹角β1均满足如下关系：0°≤α1-β1≤1.5°。

本发明的实施例中，外螺纹接头1的第一外密封面11对应的夹角α1满足角度范围为：3.50°≤α1≤9.90°，内螺纹接头2的第二外密封面22对应的夹角β1满足角度范围为：3.50°≤β1≤9.90°，且夹角α1和夹角β1均满足如下关系：0°≤α1-β1≤1.5°，这样设置，可以补偿由于内螺纹接头管端扩颈以及外压作用造成靠近管端一侧的密封接触压力的降低，从而达到密封接触压力均匀分布，实现稳健的密封效果。通过上述设置，使得油套管螺纹接头具有优异的密封分布状态以及良好的密封面抗粘扣性能。

优选地，夹角α1和夹角β1均满足如下关系：0.2°≤α1-β1≤0.5°。

如图5所示，本发明的实施例中，沿油套管螺纹接头的轴向，第二外密封面22的长度为L22，L22满足如下关系：2mm≤L22≤5mm。

本发明的实施例中，内螺纹接头2的第二外密封面22的长度L22满足长度范围为：2mm≤L22≤5mm，这样设置，可以实现综合较优的密封接触压力和密封接触长度。

如图5所示，本发明的实施例中，内螺纹接头2上还设有第一连接面21，第一连接面21的一端与管端面20连接，第一连接面21的另一端与第二外密封面22连接；第一连接面21包括锥面、柱形面和弧面中的至少一种。

本发明的实施例中，内螺纹接头2上从第二外密封面22到管端面20之间的周向表面形成第一连接面21，第一连接面21与第二外密封面22不在同一周向表面，第一连接面21可由多种线段和/或弧面等复合构成。这样设置，降低了第一连接面21的刚度，提高了第二外密封面22的刚度，使得外密封部的刚度得到提高，外密封接触能保持稳定的紧密接触配合，从而使得油套管螺纹接头具有优异的外密封性能。

本发明的实施例中，内螺纹接头2的第二外密封面22的中点到内螺纹接头2的管端面20的距离L20与内螺纹接头2的鼻端长度L21满足设定关系，且第二外密封面22到管端面20之间的周向表面(即第一连接面21)与第二外密封面22不在同一周向表面，第一连接面21可由多种线段和/或弧面等复合构成，这样设置使得外密封部的刚度得到提高，有益于提高油套管螺纹接头在外压下的密封性能。

如图4所示，本发明的实施例中，第一外密封面11与外螺纹接头1的本体外周表面10之间具有第二连接面；外螺纹接头1的第一外密封面11到钢管本体外周表面10之间的第二连接面可以是与第一外密封面11不在同一周向表面，也可以是与第一外密封面11在同一周向表面(如图4中虚线所示)。

需要说明的是，第二连接面包括锥面和柱形面中的至少一种以及弧面。当然，第二连接面也可以只包括锥面和柱形面中的至少一种。

如图6所示，本发明的实施例中，螺纹部b包括设置在外螺纹接头1的外壁面上的第一螺纹12(如图2中b1处所示)以及设置在内螺纹接头2的内壁面上的第二螺纹23(如图3中b2处所示)；第一螺纹12和第二螺纹23螺纹配合，以使外螺纹接头1与内螺纹接头2螺纹连接；其中，当第一螺纹12和第二螺纹23螺纹配合时，第一螺纹12的第一螺纹牙和第二螺纹23的第二螺纹牙啮合，且相邻的第一螺纹牙和第二螺纹牙之间具有齿侧间隙d，d满足如下关系：0.02mm≤d≤0.15mm。

本发明的实施例中，外螺纹接头1上第一螺纹12的第一螺纹牙和内螺纹接头2第二螺纹23的第二螺纹牙之间的齿侧间隙d满足给定范围。若d过小，则会导致操作过程中螺纹牙容易出现损伤粘扣现象；若d过大，则会影响油套管螺纹接头的压缩性能；齿侧间隙d满足的合理范围为0.02mm≤d≤0.15mm，这样设置，使得该油套管螺纹接头同时具有良好的拧接操作性能和压缩性能。

如图8和图9所示，本发明的实施例中，内密封及台肩部c包括设置在外螺纹接头1上的第一内密封面13和设置在内螺纹接头2上的第二内密封面24，第一内密封面13与第二内密封面24密封配合；外螺纹接头1的鼻端长度为L10，第二内密封面24的中点到内螺纹接头2的第一对顶台肩面26的距离为L23，其中，L10和L23满足如下关系：0.25≤L23/L10≤0.9。

本发明的实施例中，外螺纹接头1的第一内密封面13和内螺纹接头2的第二内密封面24在径向上过盈配合，从而产生密封效果。

本发明的实施例中，第二内密封面24的中点到内螺纹接头2的第一对顶台肩面26的距离L23与外螺纹接头1的鼻端长度L10满足设定关系。

L23/L10值越小，表示内密封接触区域越靠近台肩，如此会导致内密封接触状态容易受到临近受力台肩(第一台肩面14和第一对顶台肩面26过盈配合)的影响，从而影响密封性能；同时，L23/L10值越小，内密封接触区域越靠近台肩接触部位，油套管螺纹接头在受到压缩作用时，内密封接触区域到台肩接触部位之间的压缩变形储能长度越短，从而影响压缩性能。同时，L23/L10值越小，内密封接触区域越靠近管端，外压对外螺纹接头1的第一内密封面13越倾向缩径，导致外螺纹接头1的第一内密封面13和内螺纹接头2的第二内密封面24之间的接触状态越倾向分离，从而影响密封性能。L23/L10值越大，在内压作用下，内螺纹接头2的内密封面越倾向扩径，外螺纹接头1的第一内密封面13和内螺纹接头2的第二内密封面24之间的接触状态越倾向分离，从而影响密封性能。

经过有限元分析，如图11所示，P表示密封接触压力，x表示密封接触长度，由于密封性能是密封接触压力和密封接触长度的综合决定，所以用密封接触压力P对密封接触长度x进行积分表示密封性能的量化指标∫_xPdx，可以看出在0.25≤L23/L10≤0.9时，具有较优的密封量化指标。因此，L23/L10值合理范围为0.25≤L23/L10≤0.9。这样设置，使得该油套管螺纹接头同时具有良好的密封性能和压缩性能。

优选地，0.65≤L23/L10≤0.85。

如图8和图9所示，本发明的实施例中，第一内密封面13与油套管螺纹接头的轴向之间具有夹角α2，夹角α2满足如下关系：3.50°≤α2≤9.90°；第二内密封面24与油套管螺纹接头的轴向之间具有夹角β2，夹角β2满足如下关系：3.50°≤β2≤9.90°；且夹角α2和夹角β2均满足如下关系：0°≤β2-α2≤1.5°。

本发明的实施例中，外螺纹接头1的第一内密封面13对应的夹角α2满足角度范围为：3.50°≤α2≤9.90°，内螺纹接头2的第二内密封面24对应的夹角β2满足角度范围为：3.50°≤β2≤9.90°，且夹角α2和夹角β2均满足如下关系：0°≤β2-α2≤1.5°。这样设置，可以补偿由于外螺纹接头管端缩颈以及内压作用造成靠近管端一侧的密封接触压力降低，从而达到密封接触压力均匀分布，实现稳定的密封效果。通过上述设置，使得油套管螺纹接头具有优异的密封分布状态以及良好的密封面抗粘扣性能。

优选地，0.2°≤β2-α2≤0.5°。

如图9所示，本发明的实施例中，沿油套管螺纹接头的轴向，第二内密封面24的长度为L24，L24满足如下关系：2mm≤L24≤5mm。

本发明的实施例中，内螺纹接头2的第二内密封面24的长度L24的长度范围为：2mm≤L24≤5mm。这样设置可以实现综合较优的密封接触压力和密封接触长度。

如图9所示，本发明的实施例中，内螺纹接头2上还设有第二连接面25，第二连接面25的一端与第二内密封面24连接，第二连接面25的另一端与第一对顶台肩面26连接；第二连接面25包括锥面、柱形面和弧面中的至少一种。

本发明的实施例中，第二内密封面24到第一对顶台肩面26之间的周向表面形成第二连接面25，第二连接面25与第二内密封面24不在同一周向表面，第二连接面25可由多种线段和/或弧面等复合构成，这样设置，使得内密封部(第一内密封面13和第二内密封面24在径向上过盈配合)的刚度得到提高，内密封接触对能保持稳定的紧密接触配合，从而使得油套管螺纹接头具有优异的内密封性能。

如图7和图9所示，本发明的实施例中，内螺纹接头2的第二连接面25与外螺纹接头1的第一内密封面13可以是不接触或者部分接触(如图7中虚线所示)。

本发明的实施例中，第二内密封面24的中点到内螺纹接头2的第一对顶台肩面26的距离L23与外螺纹接头1的鼻端长度L10满足设定关系，且第二内密封面24到第一对顶台肩面26之间的周向表面(即第二连接面25)与第二内密封面24不在同一周向表面，第二连接面25可由多种线段和/或弧面等复合构成，这样设置使得内密封部的刚度得到提高，有益于提高油套管螺纹接头在内压下的密封性能。

如图8和图9所示，本发明的实施例中，内密封及台肩部c还包括设置在外螺纹接头1的端面并与第一内密封面13连接的第一台肩面14，第一台肩面14与第一对顶台肩面26过盈配合；其中，第一台肩面14与竖直方向之间具有夹角α3，夹角α3满足如下关系：0°≤α3≤15°；第一对顶台肩面26与竖直方向之间具有夹角β3，夹角β3满足如下关系：0°≤β3≤15°；且夹角α3和夹角β3均满足如下关系：0°≤β3-α3≤1°。

本发明的实施例中，第一台肩面14和第一对顶台肩面26相互过盈接触，起到拧接定位和抗压缩作用。

本发明的实施例中，外螺纹接头1的第一台肩面14对应的夹角α3满足角度范围为：0°≤α3≤15°，内螺纹接头2的第一对顶台肩面26对应的夹角β3满足角度范围为：0°≤β3≤15°，且夹角α3和夹角β3均满足如下关系：0°≤β3-α3≤1°。这样设置，补偿了由于外螺纹接头管体管端缩颈的影响造成靠近管内侧台肩过盈量的减小，使得台肩之间过盈接触后台肩面受力较为均匀，从而使得油套管螺纹接头具有良好的压缩性能，同时有益于第一内密封面13和第二内密封面24之间良好的接触。

优选地，0.2°≤β3-α3≤0.8°。

如图8所示，本发明的实施例中，外螺纹接头1具有倾斜面15，倾斜面15设置在外螺纹接头1的部分内壁面上，沿油套管螺纹接头的轴向，倾斜面15逐渐远离油套管螺纹接头的轴线并与第一台肩面14连接。

本发明的实施例中，倾斜面15可以是单一锥面，也可以是由柱面和锥面组合成的复合面，通过设置、加工倾斜面15，可以防止轧制状态钢管周向壁厚不均对内密封接触副(第一内密封面13和第二内密封面24)造成不均匀不稳定的接触状态，同时使得外螺纹接头1和内螺纹接头2在台肩接触的内孔处保持内齐平，防止产生紊流。

如图8所示，本发明的实施例中，外螺纹接头1的倾斜面15与油套管螺纹接头的轴向之间具有夹角α4，夹角α4满足如下关系：6°≤α4≤20°。

本发明的实施例中，油套管螺纹接头具有如下优点：

1、外螺纹接头1的第一外密封面11和内螺纹接头2的第二外密封面22在径向上过盈配合，从而产生密封效果，实现外密封；外螺纹接头1的第一内密封面13和内螺纹接头2的第二内密封面24在径向上过盈配合，从而产生密封效果，实现内密封。采用内密封结构和外密封结构实现独立的内外双重密封，密封更加可靠；

2、基于有限元分析，采用了优化的密封面结构参数，极大提高了螺纹接头的密封完整性和密封稳健性；

3、外密封面角度关系、内密封面角度关系、台肩面角度关系的设定，补偿了接触部位压力不均匀带来的影响，实现稳健的密封效果以及实现良好的压缩性能。

本发明的实施例中，油套管螺纹接头是一种高性能油套管螺纹接头，主要用于对外压气密封性能、内压气密封性能和压缩性能要求苛刻的井况。油套管螺纹接头是一种主要用于石油工业中的油套管的螺纹接头，是石油管技术领域的管状连接元件。

对本申请的技术方案进行应用：

实施例一

本发明的实施例一中，管体采用244.48×11.99mm规格套管，钢级为P110，采用API标准规定接箍外径，材料性能满足API标准要求。

螺纹接头几何参数为：L20/L21＝0.45，L22＝2.50mm，α1＝7.1°，β1＝6.7°，d＝0.4mm，L23/L10＝0.75，L24＝3.5mm，α3＝8°，β3＝8.5°，α4＝10°。

该套管螺纹接头的连接强度达到6641kN，抗压缩强度达到6641kN，内压密封性能达到65Mpa以上，外压性能达到37Mpa以上，抗弯曲能力达到20°/30米以上，而且满足3次上卸扣不粘扣的要求。该套管螺纹接头具有优异内压密封性、外压密封性能和压缩性能。

实施例二

本发明的实施例二中，管体采用88.9×9.52mm规格油管，钢级为P110，采用API标准规定接箍外径，材料性能满足API标准要求。

外螺纹接头几何参数为：L20/L21＝0.50，L22＝2.40mm，α1＝7.1°，β1＝6.7°，d＝0.3mm，L23/L10＝0.80，L24＝3.5mm，α3＝8°，β3＝8.5°，α4＝10°。

该套管螺纹接头的连接强度达到1800kN，抗压缩强度达到1800kN，内压密封性能达到142Mpa以上，外压密封性能达到145Mpa以上，抗弯曲能力达到45°/30米以上，而且满足10次上卸扣不粘扣的要求。该油管螺纹接头具有优异内压密封性、外压密封性能和压缩性能。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：外螺纹接头和内螺纹接头螺纹连接。沿油套管螺纹接头的轴向，外螺纹接头和内螺纹接头之间由外侧向内侧依次形成有外密封部、螺纹部以及内密封及台肩部。外螺纹接头的第一外密封面和内螺纹接头的第二外密封面在径向上过盈配合，从而产生密封效果，实现外密封；外螺纹接头的第一内密封面和内螺纹接头的第二内密封面在径向上过盈配合，从而产生密封效果，实现内密封。本发明的实施例中，通过外密封部和内密封及台肩部能够实现独立的内外双重密封，密封更加可靠。

显然，上述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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请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，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种油套管螺纹接头，其特征在于，包括：

外螺纹接头(1)；

内螺纹接头(2)，与所述外螺纹接头(1)螺纹连接；沿油套管螺纹接头的轴向，所述外螺纹接头(1)和所述内螺纹接头(2)之间由外侧向内侧依次形成有外密封部(a)、螺纹部(b)以及内密封及台肩部(c)；

其中，所述外密封部(a)包括设置在所述外螺纹接头(1)上的第一外密封面(11)和设置在所述内螺纹接头(2)上的第二外密封面(22)，所述第一外密封面(11)与所述第二外密封面(22)密封配合；

所述第二外密封面(22)的中点到所述内螺纹接头(2)的管端面(20)的距离为L20，所述内螺纹接头(2)的鼻端长度为L21，其中，L20和L21满足如下关系：0.15≤L20/L21≤0.75。

2.根据权利要求1所述的油套管螺纹接头，其特征在于，

所述第一外密封面(11)与所述油套管螺纹接头的轴向之间具有夹角α1，所述夹角α1满足如下关系：3.50°≤α1≤9.90°；

所述第二外密封面(22)与所述油套管螺纹接头的轴向之间具有夹角β1，所述夹角β1满足如下关系：3.50°≤β1≤9.90°；

且所述夹角α1和所述夹角β1均满足如下关系：0°≤α1-β1≤1.5°。

3.根据权利要求1所述的油套管螺纹接头，其特征在于，沿所述油套管螺纹接头的轴向，所述第二外密封面(22)的长度为L22，L22满足如下关系：2mm≤L22≤5mm。

4.根据权利要求1所述的油套管螺纹接头，其特征在于，所述内螺纹接头(2)上还设有第一连接面(21)，所述第一连接面(21)的一端与所述管端面(20)连接，所述第一连接面(21)的另一端与所述第二外密封面(22)连接；所述第一连接面(21)包括锥面、柱形面和弧面中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的油套管螺纹接头，其特征在于，所述第一外密封面(11)与所述外螺纹接头(1)的本体外周表面(10)之间具有第二连接面；

所述第二连接面与所述第一外密封面(11)不在同一周向表面；或者，

所述第二连接面与所述第一外密封面(11)在同一周向表面。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的油套管螺纹接头，其特征在于，所述螺纹部(b)包括：

设置在所述外螺纹接头(1)的外壁面上的第一螺纹(12)；

设置在所述内螺纹接头(2)的内壁面上的第二螺纹(23)；所述第一螺纹(12)和所述第二螺纹(23)螺纹配合，以使所述外螺纹接头(1)与所述内螺纹接头(2)螺纹连接；

其中，当所述第一螺纹(12)和所述第二螺纹(23)螺纹配合时，所述第一螺纹(12)的第一螺纹牙和所述第二螺纹(23)的第二螺纹牙啮合，且相邻的所述第一螺纹牙和所述第二螺纹牙之间具有齿侧间隙d，d满足如下关系：0.02mm≤d≤0.15mm。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的油套管螺纹接头，其特征在于，所述内密封及台肩部(c)包括设置在所述外螺纹接头(1)上的第一内密封面(13)和设置在所述内螺纹接头(2)上的第二内密封面(24)，所述第一内密封面(13)与所述第二内密封面(24)密封配合；

所述外螺纹接头(1)的鼻端长度为L10，所述第二内密封面(24)的中点到所述内螺纹接头(2)的第一对顶台肩面(26)的距离为L23，其中，L10和L23满足如下关系：0.25≤L23/L10≤0.9。

8.根据权利要求7所述的油套管螺纹接头，其特征在于，

所述第一内密封面(13)与所述油套管螺纹接头的轴向之间具有夹角α2，所述夹角α2满足如下关系：3.50°≤α2≤9.90°；

所述第二内密封面(24)与所述油套管螺纹接头的轴向之间具有夹角β2，所述夹角β2满足如下关系：3.50°≤β2≤9.90°；

且所述夹角α2和所述夹角β2均满足如下关系：0°≤β2-α2≤1.5°。

9.根据权利要求7所述的油套管螺纹接头，其特征在于，沿所述油套管螺纹接头的轴向，所述第二内密封面(24)的长度为L24，L24满足如下关系：2mm≤L24≤5mm。

10.根据权利要求7所述的油套管螺纹接头，其特征在于，所述内螺纹接头(2)上还设有第二连接面(25)，所述第二连接面(25)的一端与所述第二内密封面(24)连接，所述第二连接面(25)的另一端与所述第一对顶台肩面(26)连接；所述第二连接面(25)包括锥面、柱形面和弧面中的至少一种。

11.根据权利要求7所述的油套管螺纹接头，其特征在于，所述内密封及台肩部(c)还包括设置在所述外螺纹接头(1)的端面并与第一内密封面(13)连接的第一台肩面(14)，所述第一台肩面(14)与所述第一对顶台肩面(26)过盈配合；其中，

所述第一台肩面(14)与竖直方向之间具有夹角α3，所述夹角α3满足如下关系：0°≤α3≤15°；

所述第一对顶台肩面(26)与竖直方向之间具有夹角β3，所述夹角β3满足如下关系：0°≤β3≤15°；

且所述夹角α3和所述夹角β3均满足如下关系：0°≤β3-α3≤1°。

Images