CN116065973A - 油套管气密封结构及油套管 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种油套管气密封结构及油套管，涉及油管密封技术领域，本发明提供的油套管气密封结构包括外螺纹接头，外螺纹接头的外周面沿自身轴向依次设有外辅助密封面、第一外啮合面、台肩外配合面、外主密封面和第二外啮合面，外辅助密封面位于外螺纹接头的端部并凸出呈弧形，台肩外配合面沿靠近外螺纹接头轴线的方向逐渐向第二外啮合面倾斜，外主密封面沿远离台肩外配合面的方向逐渐远离外螺纹接头的轴线；第二外啮合面采用直螺纹，第一外啮合面采用锥螺纹。本发明提供的油套管气密封结构能够保障接头处的密封性能，同时可有效避免管路在运输、储存过程中因磕碰、螺纹保护器脱落或操作不当造成密封面损伤。

Description

油套管气密封结构及油套管

技术领域

本发明涉及油管密封技术领域，尤其是涉及一种油套管气密封结构及油套管。

背景技术

油管是油气开采、集输过程中不可或缺的专用管材，其连接强度和密封性能直接影响到开采作业的成败和集输过程的效率。随着深井、超深井、高温高压油气井的广泛开发，页岩气、天然气、氢能源的开发利用，水平井、倾斜井高含硫化氢井、油气田储气库气密封扣的需求量增大，需要研发一种能够满足上述苛刻工况要求，连接强度高、密封性能优异的气密封螺纹。

本公司现有的一种气密封螺纹为单密封面，扭矩台肩和密封面都集中在管子端面，采用-15°扭矩台肩，锥面-锥面密封，螺纹配合为F-F型，导向-承载面过盈配合，螺纹承载面角-3°，导向面角10°。

然而上述密封螺纹的密封面只有一个，且扭矩台肩和密封面都集中在管子端面，在管子运输中一旦出现螺纹保护器脱落或者损坏，就会导致上述密封面被破坏；同时在现场下放管柱过程中，管子的起吊及对扣、上扣很容易造成管端密封面的磕碰，密封面一旦被损坏则密封失效无法投入使用，造成成本上的浪费。并且在使用过程中发现，应用于水平井、斜井时存在抗弯强度不够的问题，可能会出现弯曲外侧密封不严，导致管柱渗漏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油套管气密封结构及油套管，能够保障接头处的密封性能，同时可有效避免管路在运输、储存过程中因磕碰、螺纹保护器脱落或操作不当造成密封面损伤。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种油套管气密封结构，包括外螺纹接头，所述外螺纹接头的外周面沿自身轴向依次设有外辅助密封面、第一外啮合面、台肩外配合面、外主密封面和第二外啮合面，所述外辅助密封面位于所述外螺纹接头的端部并凸出呈弧形，所述台肩外配合面沿靠近所述外螺纹接头轴线的方向逐渐向所述第二外啮合面倾斜，所述外主密封面沿远离所述台肩外配合面的方向逐渐远离所述外螺纹接头的轴线；

所述第二外啮合面采用直螺纹，所述第一外啮合面采用锥螺纹。

进一步地，所述外主密封面与所述台肩外配合面通过半径为0.3mm～0.8mm的圆弧面连接。

进一步地，还包括内螺纹接头，所述内螺纹接头的内表面沿自身轴向依次设有内辅助密封面、第一内啮合面、台肩内配合面、内主密封面和第二内啮合面；

所述内辅助密封面与所述外辅助密封面抵接；

所述第一内啮合面与所述第一外啮合面螺纹配合；

所述台肩内配合面与所述台肩外配合面抵接，所述台肩内配合面沿靠近所述内螺纹接头轴线的方向逐渐向所述第二内啮合面倾斜；

所述内主密封面与所述外主密封面过盈配合，所述内主密封面沿远离所述台肩内配合面的方向逐渐远离所述内螺纹接头的轴线；

所述第二内啮合面与所述第二外啮合面螺纹配合。

进一步地，所述内辅助密封面为锥面，所述内辅助密封面沿远离所述第一内啮合面的方向逐渐靠近所述内螺纹接头的轴线。

进一步地，所述第一内啮合面采用锥螺纹。

进一步地，所述第二内啮合面采用直螺纹。

进一步地，所述锥螺纹中齿牙的纵截面和所述直螺纹中齿牙的纵截面均呈梯形。

进一步地，所述台肩内配合面与所述台肩外配合面平行。

进一步地，所述台肩内配合面与所述内螺纹接头径向之间的夹角为10°～20°。

第二方面，本发明还提供一种油套管，包括上述方案所述的油套管气密封结构。

本发明提供的油套管气密封结构及油套管能产生如下有益效果：

本发明提供的油套管气密封结构中，第一外啮合面和第二外啮合面在与内螺纹接头螺纹连接后，外螺纹接头的外主密封面起主要密封的作用，端部的外辅助密封面封起辅助密封作用，且不受加工精度影响，由于其凸出呈弧形，抗损伤能力更强，出现轻微损伤不会影响密封效果。

相对于现有技术来说，本发明第一方面提供的油套管气密封结构的外螺纹接头具有双重密封结构以及台肩外配合面，有利于保障接头处的密封性能。其次，由于外主密封面设置在第一外啮合面和第二外啮合面之间，有效避免管路在运输、储存过程中因磕碰、螺纹保护器脱落造成的密封面损伤，以及在现场起吊、对扣过程中因操作不当造成的密封面损伤。最后，螺纹结构采用“前锥后直”的方式，第一外啮合面采用锥螺纹形式，锥螺纹可起到防松作用，同时锥螺纹有一定锥度，具有越扭越紧的特点，密封性较好。而由于锥螺纹小径削弱了管体的横截面积，从而降低了接头的强度，一般只能达到接头母材实际抗拉强度的85-95%；因此本发明的油套管气密封结构额外增设有第二外啮合面，由于第二外啮合面与第一外啮合面之间设有致使接头外径逐渐变大的台肩外配合面和外主密封面等密封结构，使得第二外啮合面处接头壁厚大于第一外啮合面。而本发明的第二外啮合面采用直螺纹形式，同时相较于单独采用第一外啮合面锥螺纹配合的形式来说，直螺纹不仅能够提高接头的抗拉强度（原因在于：1、第二外啮合面所采用的直螺纹相较锥螺纹的截面积要大，轴向承载能力大；2、第二外啮合面的接头处镦粗，壁厚增加，抗拉强度增加；3、两端螺纹的设计牙数多于单段螺纹的牙数，可承受更多的轴向载荷）和抗弯曲能力（原因在于：直螺纹在啮合时，公扣、母扣的牙顶和牙底间具有一定的间隙，直螺纹在弯曲的过程中，牙顶与牙底之间的中径可进行微调，具有一定的调整余量，从而具有较强的抗弯能力；而锥螺纹的牙顶和牙底是紧密贴合的，并不存在上述间隙，在弯曲时完全依靠自身的塑性变形，因此其抗弯能力相对较弱），满足水平井和斜井的使用，还能起到现有“对扣器”的作用，扶正管柱，有效提高上扣效率。

相对于现有技术来说，本发明第二方面提供的油套管有本发明第一方面提供的油套管气密封结构，从而具有本发明第一方面提供的油套管气密封结构所具有的一切有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的一种外螺纹接头的纵截面结构示意图；

图2为图1的A处局部放大示意图；

图3为本发明实施例提供的一种油套管气密封结构的纵截面结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种内螺纹接头的纵截面结构示意图；

图5为图4的B处局部放大示意图；

图6为本发明实施例提供的螺纹牙型图一；

图7为本发明实施例提供的螺纹牙型图二。

图标：1-外螺纹接头；11-外辅助密封面；12-第一外啮合面；13-台肩外配合面；14-外主密封面；15-第二外啮合面；16-圆弧面；17-第一端面；2-内螺纹接头；21-内辅助密封面；22-第一内啮合面；23-台肩内配合面；24-内主密封面；25-第二内啮合面。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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。

在本发明的描述中，需要说明的是，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明第一方面的实施例在于提供一种油套管气密封结构，如图1和图2所示，包括外螺纹接头1，外螺纹接头1的外周面沿自身轴向依次设有外辅助密封面11、第一外啮合面12、台肩外配合面13、外主密封面14和第二外啮合面15，外辅助密封面11位于外螺纹接头1的端部并凸出呈弧形，台肩外配合面13沿靠近外螺纹接头1轴线的方向逐渐向第二外啮合面15倾斜，外主密封面14沿远离台肩外配合面13的方向逐渐远离外螺纹接头1的轴线；第二外啮合面15采用直螺纹，第一外啮合面12采用锥螺纹。

上述实施例所提供的油套管气密封结构中的外螺纹接头1具有双密封结构，具体包括外主密封面14和外辅助密封面11，匹配台肩外配合面13可有效增强连接密封性，同时由于外辅助密封面11凸出呈弧形，抗损伤能力更强，出现轻微损伤不会影响密封效果。

其次，由于外主密封面14设置在两个啮合面之间，可有效避免管路在运输、储存过程中因磕碰、螺纹保护器脱落造成的密封面损伤，以及在现场起吊、对扣过程中因操作不当造成的密封面损伤。由于密封面一旦被损坏则密封失效无法投入使用，上述设置可避免了造成成本上的浪费。

最后，螺纹结构采用“前锥后直”的方式，第一外啮合面12采用锥螺纹形式，锥螺纹可起到防松作用，同时锥螺纹有一定锥度，具有越扭越紧的特点，密封性较好。而由于锥螺纹小径削弱了管体的横截面积，从而降低了接头的强度，一般只能达到接头母材实际抗拉强度的85-95%；因此本发明的油套管气密封结构额外增设有第二外啮合面，由于第二外啮合面与第一外啮合面之间设有致使接头外径逐渐变大的台肩外配合面和外主密封面等密封结构，使得第二外啮合面处接头壁厚大于第一外啮合面。而本发明的第二外啮合面采用直螺纹形式，同时相较于单独采用第一外啮合面锥螺纹配合的形式来说，直螺纹不仅能够提高接头的抗拉强度（原因在于：1、第二外啮合面所采用的直螺纹相较锥螺纹的截面积要大，轴向承载能力大；2、第二外啮合面的接头处镦粗，壁厚增加，抗拉强度增加；3、两端螺纹的设计牙数多于单段螺纹的牙数，可承受更多的轴向载荷）和抗弯曲能力（原因在于：直螺纹在啮合时，公扣、母扣的牙顶和牙底间具有一定的间隙，直螺纹在弯曲的过程中，牙顶与牙底之间的中径可进行微调，具有一定的调整余量，从而具有较强的抗弯能力；而锥螺纹的牙顶和牙底是紧密贴合的，并不存在上述间隙，在弯曲时完全依靠自身的塑性变形，因此其抗弯能力相对较弱），满足水平井和斜井的使用，还能起到现有“对扣器”的作用，扶正管柱，有效提高上扣效率。

参照图2对上述外螺纹接头1的结构进行具体说明：

外辅助密封面11位于外螺纹接头1的右端，即外辅助密封面11远离第一外啮合面12的端部延伸至外螺纹接头1的第一端面17处；第一外啮合面12位于台肩外配合面13与外辅助密封面11之间，其形成有螺纹齿，从而实现与内螺纹接头2的连接；台肩外配合面13在外螺纹接头1上形成一台肩，台肩外配合面13倾斜设置，其沿逐渐靠近外螺纹接头1轴线的方向（沿向下的方向）逐渐向第二外啮合面15倾斜（向左倾斜）；外主密封面14沿远离台肩外配合面13的方向（向左的方向）逐渐向远离外螺纹接头1轴线的方向（向上）倾斜；第二外啮合面15位于外主密封面14的左侧，其形成有螺纹齿，从而实现与内螺纹接头2的连接。

在一些实施例中，如图2所示，外主密封面14与台肩外配合面13通过半径为0.3mm～0.8mm的圆弧面16连接，从而使得外主密封面14与台肩外配合面13之间的拐角处更加的圆滑。

在一些实施例中，如图3所示，油套管气密封结构还包括与外螺纹接头1连接的内螺纹接头2。

以下对内螺纹接头2的结构进行具体说明：

如图4和图5所示，内螺纹接头2的内表面沿自身轴向依次设有内辅助密封面21、第一内啮合面22、台肩内配合面23、内主密封面24和第二内啮合面25，其中：

内辅助密封面21与外辅助密封面11抵接实现辅助密封；

第一内啮合面22与第一外啮合面12螺纹配合；

台肩内配合面23与台肩外配合面13抵接，台肩内配合面23沿靠近内螺纹接头2轴线的方向逐渐向第二内啮合面25倾斜，从而与台肩外配合面13适配；

内主密封面24与外主密封面14过盈配合，内主密封面24沿远离台肩内配合面23的方向逐渐远离内螺纹接头2的轴线；

第二内啮合面25与第二外啮合面15螺纹配合。

上述油套管气密封结构中，通过第一内啮合面22与第一外啮合面12的螺纹配合，以及第二内啮合面25与第二外啮合面15的螺纹配合可实现外螺纹接头1与内螺纹接头2的稳定连接。内主密封面24与外主密封面14形成锥面-锥面密封，起主要密封作用，二者过盈配合，使得密封强度更高，可重复上、卸扣使用。

在一些实施例中，内辅助密封面21可以为锥面，参照图4，内辅助密封面21沿远离第一内啮合面22的方向（向右的方向）逐渐向内螺纹接头2的轴线倾斜（向下倾斜）。

上述内辅助密封面21可与外辅助密封面11形成锥面-球面密封，起辅助密封作用，不受加工精度影响，密封有效性长。

在一些实施例中，第一内啮合面22和第一外啮合面12均形成锥螺纹。

第一内啮合面22和第一外啮合面12采用锥螺纹连接可起到防松作用。

在一些实施例中，第二内啮合面25和第二外啮合面15均形成直螺纹。

第二内啮合面25和第二外啮合面15采用直螺纹连接不仅能够提高接头的抗拉强度和抗弯曲能力，满足水平井和斜井的使用，还能起到现有“对扣器”的作用，扶正管柱，有效提高上扣效率。

在一些实施例中，锥螺纹中齿牙的纵截面和直螺纹中齿牙的纵截面均呈梯形，进一步提高上扣效率。

螺纹牙型如图6和图7所示，其中导向角α₂=8～15°，承载角α₁=-3°～-5°，内螺纹牙高L₁=1.14mm，外螺纹牙高L₂=0.98mm承载面角采用正向或钩式结构。

上述导向角α₂具体可以为8°、10°、12°或15°。

在至少一个实施例中，α₂为10°。

上述α₁具体可以为-3°、-3.5°、-4°、-4.5°或-5°。

在至少一个实施例中，α₁为-3.5°。

可以理解的是，上述内螺纹牙高L₁和外螺纹牙高L₂的高度并不限于上述距离的尺寸，根据实际使用请情况，内螺纹牙高L₁和外螺纹牙高L₂的高度可以进行调整。

在一些实施例中，台肩内配合面23与台肩外配合面13平行。

在上述实施例的基础上，台肩内配合面23与内螺纹接头2径向之间的夹角为10°～20°，台肩外配合面13与内螺纹接头2径向之间的夹角为10°～20°。

台肩内配合面23与内螺纹接头2径向之间的夹角以及台肩外配合面13与内螺纹接头2径向之间的夹角具体可以为10°、12°、15°、18°或20°，优选为20°。

上述大角度台肩不仅具有更好的辅助密封效果，同时上扣定位精度更高，能够承担一部分扭矩。

本发明第二方面的实施例在于提供一种油套管，本发明第二方面的实施例提供的油套管包括上述油套管气密封结构。

本发明第二方面提供的油套管有本发明第一方面的实施例提供的油套管气密封结构，从而具有本发明第一方面的实施例提供的油套管气密封结构所具有的一切有益效果。

综上所述，上述实施例所提供的油套管气密封结构及油套管具有以下优点：

1、本实发明提供的油套管气密封结构设置有双重密封结构和双扭矩台肩配合面，有利于密封性能的保障；内主密封面24与外主密封面14形成锥面-锥面密封，起主要密封作用，且二者过盈配合，密封强度高，可重复上、卸扣使用；外辅助密封面11与内辅助密封面21形成球面-锥面密封结构，起辅助密封作用，且不受加工精度影响，始终能够保证密封；凸出呈弧形的外辅助密封面11抗损伤能力强，出现轻微损伤不会影响密封效果。

2、螺纹结构采用“前锥后直”的方式，第一内啮合面22和第一外啮合面12采用锥螺纹形式，锥螺纹可起到防松作用，同时锥螺纹有一定锥度，具有越扭越紧的特点，密封性较好。而由于锥螺纹小径削弱了管体的横截面积，从而降低了接头的强度，一般只能达到接头母材实际抗拉强度的85-95%；因此本发明的油套管气密封结构额外增设有第二外啮合面，由于第二外啮合面与第一外啮合面之间设有致使接头外径逐渐变大的台肩外配合面和外主密封面等密封结构，使得第二外啮合面处接头壁厚大于第一外啮合面。而本发明的第二外啮合面采用直螺纹形式，同时相较于单独采用第一外啮合面锥螺纹配合的形式来说，直螺纹不仅能够提高接头的抗拉强度（原因在于：1、第二外啮合面所采用的直螺纹相较锥螺纹的截面积要大，轴向承载能力大；2、第二外啮合面的接头处镦粗，壁厚增加，抗拉强度增加；3、两端螺纹的设计牙数多于单段螺纹的牙数，可承受更多的轴向载荷）和抗弯曲能力（原因在于：直螺纹在啮合时，公扣、母扣的牙顶和牙底间具有一定的间隙，直螺纹在弯曲的过程中，牙顶与牙底之间的中径可进行微调，具有一定的调整余量，从而具有较强的抗弯能力；而锥螺纹的牙顶和牙底是紧密贴合的，并不存在上述间隙，在弯曲时完全依靠自身的塑性变形，因此其抗弯能力相对较弱），满足水平井和斜井的使用，还能起到现有“对扣器”的作用，扶正管柱，有效提高上扣效率。

3、主密封面设置在两段啮合面之间，避免了管路在运输、储存过程中因磕碰、螺纹保护器脱落造成的密封面损伤，以及在现场起吊、对扣过程中因操作不当造成的密封面损伤。同时可以避免管柱在下入大弯曲井眼时，接头弯曲导致的外主密封面14和内主密封面24互相脱离而导致的接头密封失效。而传统密封面位于油管端部的设计，在大弯曲情况下，密封面更易于互相脱离。

4、台肩内配合面23与台肩外配合面13平行，且台肩内配合面23与台肩外配合面13均呈10°～20°倾斜，不仅具有更好的辅助密封效果，同时上扣定位精度更高，承担一部分扭矩。

5、螺纹采用偏梯形结构，上扣效率高。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种油套管气密封结构，其特征在于，包括外螺纹接头（1），所述外螺纹接头（1）的外周面沿自身轴向依次设有外辅助密封面（11）、第一外啮合面（12）、台肩外配合面（13）、外主密封面（14）和第二外啮合面（15），所述外辅助密封面（11）位于所述外螺纹接头（1）的端部并凸出呈弧形，所述台肩外配合面（13）沿靠近所述外螺纹接头（1）轴线的方向逐渐向所述第二外啮合面（15）倾斜，所述外主密封面（14）沿远离所述台肩外配合面（13）的方向逐渐远离所述外螺纹接头（1）的轴线；

所述第二外啮合面（15）采用直螺纹，所述第一外啮合面（12）采用锥螺纹。

2.根据权利要求1所述的油套管气密封结构，其特征在于，所述外主密封面（14）与所述台肩外配合面（13）通过半径为0.3mm～0.8mm的圆弧面（16）连接。

3.根据权利要求1所述的油套管气密封结构，其特征在于，还包括内螺纹接头（2），所述内螺纹接头（2）的内表面沿自身轴向依次设有内辅助密封面（21）、第一内啮合面（22）、台肩内配合面（23）、内主密封面（24）和第二内啮合面（25）；

所述内辅助密封面（21）与所述外辅助密封面（11）抵接；

所述第一内啮合面（22）与所述第一外啮合面（12）螺纹配合；

所述台肩内配合面（23）与所述台肩外配合面（13）抵接，所述台肩内配合面（23）沿靠近所述内螺纹接头（2）轴线的方向逐渐向所述第二内啮合面（25）倾斜；

所述内主密封面（24）与所述外主密封面（14）过盈配合，所述内主密封面（24）沿远离所述台肩内配合面（23）的方向逐渐远离所述内螺纹接头（2）的轴线；

所述第二内啮合面（25）与所述第二外啮合面（15）螺纹配合。

4.根据权利要求3所述的油套管气密封结构，其特征在于，所述内辅助密封面（21）为锥面，所述内辅助密封面（21）沿远离所述第一内啮合面（22）的方向逐渐靠近所述内螺纹接头（2）的轴线。

5.根据权利要求3所述的油套管气密封结构，其特征在于，所述第一内啮合面（22）采用锥螺纹。

6.根据权利要求5所述的油套管气密封结构，其特征在于，所述第二内啮合面（25）采用直螺纹。

7.根据权利要求6所述的油套管气密封结构，其特征在于，所述锥螺纹中齿牙的纵截面和所述直螺纹中齿牙的纵截面均呈梯形。

8.根据权利要求3所述的油套管气密封结构，其特征在于，所述台肩内配合面（23）与所述台肩外配合面（13）平行。

9.根据权利要求8所述的油套管气密封结构，其特征在于，所述台肩内配合面（23）与所述内螺纹接头（2）径向之间的夹角为10°～20°。

10.一种油套管，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的油套管气密封结构。

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