CN200961451Y - 变齿宽倒置梯形套管螺纹连接结构 - Google Patents

变齿宽倒置梯形套管螺纹连接结构 Download PDF

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徐志谦
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Abstract

本实用新型提供一种变齿宽倒置梯形套管螺纹连接结构，该套管连接结构是所述连接套管公端螺纹和母端螺纹齿形的承载面的齿形角和导入面的齿形角均成负2度至负4度角度，其位置是在通过连接套管螺纹轴线的截面上，所述公端螺纹的中径线和母端螺纹的中径线处的齿槽宽呈线性变化，所述公端螺纹的中径线与母端螺纹的中径线的锥度均为1/12至1/20，连接套管螺纹顶部和螺纹底部均与中径线和平行；该螺纹连接的同一横截面上的齿顶宽度大于齿根宽度，齿型呈倒置梯形状。有益效果是该结构用于石油及天然气矿藏的勘探或开采使用的套管和油管上，以及任何可能遇到的相同问题如地热、化工等行业所使用的管连接结构，提高了纫扣机紧的效率，满足生产工艺上的技术要求。

Description

变齿宽倒置梯形套管螺纹连接结构
技术领域
本实用新型涉及管道密封连接结构，特别是一种石油套管的螺纹的公端和母端的导入面和承载面均成负角度，螺纹的齿形为齿顶较宽齿根较窄的倒置梯形的变齿宽倒置梯形套管螺纹连接结构。
背景技术
随着自然界中油、气资源的逐渐减少，开采难度越来越大，开采业对管材提出了新的要求。有的管材需要在用螺纹连接之后再作扩径处理。由于通用的API螺纹和现有的螺纹都采用的是正齿型角，即螺纹齿顶的宽度小于齿根的宽度，因而在扩径作业时极易出现螺纹脱扣现象，不能适应工艺要求，延误生产。而单纯的将螺纹设计成齿顶宽大于齿根宽的倒梯形螺纹，由于套管螺纹必须设计成锥形螺纹，则在拧接时会因为齿型干涉而不能纫扣。
发明内容
为了解决上述这一问题，本实用新型的目的是提供一种变齿宽倒置梯形套管螺纹连接结构，通过螺纹齿形宽度的线性变化，实现螺纹在齿形的承载面和导入面均成负角度，齿顶宽大于齿槽宽的状态下，能够顺利纫扣并完成机紧。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是提供一种变齿宽倒置梯形套管螺纹连接结构，该套管连接结构是由分别设在连接套管的两端的公端螺纹和母端螺纹构成，连接套管的公端与母端逐支螺纹连接，其中：所述连接套管公端螺纹和母端螺纹齿形的承载面的齿形角和导入面的齿形角均成负2度至负4度角度，其位置是在通过连接套管螺纹轴线的截面上，所述公端螺纹的中径线II和母端螺纹的中径线I处的齿槽宽呈线性变化，所述公端螺纹在中径线II处和母端螺纹在中径线I处的齿槽宽是自起始扣开始向螺纹尾端成等差序列逐渐变宽，而该处的齿槽宽自起始扣开始向螺纹尾端成等差序列逐渐变窄；所述公端螺纹的中径线II与母端螺纹的中径线I的锥度均为1/12至1/20，连接套管螺纹顶部和螺纹底部均与中径线I和中径线II平行；该螺纹连接的同一横截面上的齿顶宽度ad1和齿顶宽度ad2大于齿根宽度bd1和齿根宽度bd2，齿型呈倒置梯形状。
在连接套管拧接过程中，当套管公端螺纹和母端螺纹进入相应的纫扣区域前和进入纫扣区域之时，当套管公端和母端进入相应的纫扣区域前和刚刚进入纫扣区域时，套管螺纹公端的沿锥度上的齿顶宽ad1和沿轴线上的齿顶宽ad2始终小于与之连接的套管螺纹母端1的沿锥度上的齿槽宽bd1和沿轴线上的齿槽宽bd2。
在连接套管拧接过程中，当套管公端和母端螺纹进入纫扣区域之后，在逐渐拧紧过程中其接触位置的齿槽宽a和齿槽宽b的几何尺寸逐渐吻合。
本实用新型的效果是该结构用于石油及天然气矿藏的勘探或开采使用的套管和油管上，以及任何可能遇到的相同问题如地热、化工等行业所使用的管连接结构，适用于膨胀套管的连接，以及其他对连接的径向强度有较高要求的套管连接。提高了纫扣机紧的效率，满足生产工艺上的技术要求。
附图说明
图1为本实用新型的倒置梯形套管螺纹连接结构；
图2为本实用新型的螺纹连接结构的齿形图；
图3为本实用新型的螺纹连接结构的纫扣图；
图4为本实用新型的沿锥度上的齿宽与沿轴线上的齿宽比较图。
图中：1-母端螺纹    2-公端螺纹    3-承载面
      4-导入面      5-中径线I     6-中径线II
7-齿顶              8-齿根        9-起始扣
10-螺纹尾端         11-螺纹轴线
a-齿槽宽            b-齿槽宽      g-纫扣区域
β1-导入面齿形角    β2-承载面齿形角
P1-导入面螺距       P2-承载面螺距
ad1-齿顶宽          ad2-齿顶宽
ag1-齿根宽          ag2-齿根宽
bd1-齿顶宽          bd2-齿顶宽
bg1-齿根宽          bg2-齿根宽
具体实施方式
结合附图及实施例对本实用新型的变齿宽倒置梯形套管螺纹连接结构加以说明。
本实用新型的变齿宽倒置梯形套管螺纹连接结构它由连接套管公端螺纹2和母端螺纹1构成，其连接形式分为两种，一种形式是连接套管的一端加工有公端螺纹2；另一端加工有母端螺纹1，连接套管的公端与母端逐支连接。另一种形式是套管的两端均加工有公端螺纹2，接箍的两端均加工有母端螺纹1，用接箍将套管逐支连接。也可以将套管螺纹的公端2设在套管的两端，而将套管螺纹母1端设在所述接箍上，通过接箍连接套管。
如图1和图2，本变齿宽倒置梯形套管螺纹连接结构，其一采用，套管公端2和母端1的导入面3和承载面4均与螺纹的横截面成负角度。螺纹的齿形为齿顶宽齿根窄的倒置梯形。其二采用，该螺纹的公端2和母端1的螺纹，自管端起至螺纹尾端，在通过螺纹轴线的截面上，中径线I5、中径线II6上的齿宽以等差序列逐渐变窄，而齿槽以等差序列逐渐变宽。
该螺纹采用在齿的两侧设计不同的螺距，从而形成齿宽和齿槽宽在螺纹长度上的线性变化。其设计原理为：1、根据螺纹的基础参数：直径、锥度、齿高、平均螺距等计算出基准中径、基准中径位置和纫扣区域g。2、设定位于基准中径处两侧的齿槽宽a和齿槽宽b相等。3、确定公端螺纹2和母端螺纹1的承载面螺距。4、确定公端2和母端1的导入面螺距P1和P2。5、确定齿型两侧即导入面4的齿形角β1和承载面3的齿形角β2，其值在负2度至负4度之间。β1与β2相等。
这种变齿宽倒置梯形套管螺纹连接结构区别于已有方式的任何一种螺纹连接，现将该连接结构具体实施过程描述如下：
所述连接套管公端螺纹2和母端螺纹1齿形的承载面3的齿形角β2和导入面4的齿形角β1均成负2度至负4度角度，其位置是在通过连接套管螺纹轴线11的截面上，所述公端螺纹2的中径线II6和母端螺纹1的中径线I5处的齿槽宽a呈线性变化，所述公端螺纹2在中径线II6处和母端螺纹1在中径线I5处的齿槽宽a是自起始扣9开始向螺纹尾端10成等差序列逐渐变宽，而该处的齿槽宽b自起始扣9开始向螺纹尾端10成等差序列逐渐变窄；所述公端螺纹2的中径线II6与母端螺纹1的中径线I5的锥度均为1/12至1/20，连接套管螺纹顶部7和螺纹底部8均与中径线I5和中径线II6平行；该螺纹连接的同一横截面上的齿顶宽度ad1和ad2大于齿根宽度bd1和bd2，齿型呈倒置梯形状。
连接套管螺纹公端和母端的承载面4和导入面3选用不同的螺距，承载面的螺距P2大于导入面的螺距P1，从而实现线性变化的齿宽。
在连接套管拧接过程中，当公端螺纹2和母端螺纹1进入相互的纫扣区域g前和刚刚进入纫扣区域g时，螺纹公端2的沿锥度上的齿顶宽ad1和沿轴线上的齿顶宽ad2始终小于与之连接的套管螺纹母端1的沿锥度上的齿槽宽bd1和沿轴线上的齿槽宽bd2。
在纫扣之后的拧接过程中，同一位置的齿和齿槽的几何尺寸逐渐吻合，即所接触位置的齿槽宽a和齿槽宽b的几何尺寸逐渐吻合，直至达到需要的紧密程度。
本实用新型提供的变齿宽倒置梯形套管螺纹连接结构，设计成公端螺纹2和母端螺纹1的导入面的齿形角β1和承载面β2均为负角度。螺纹的齿形为齿顶宽齿根窄的倒置梯形。并且该螺纹的公端和母端的螺纹，自管端起始扣开始至螺纹尾端，在通过螺纹轴线的截面上，中径线上的齿宽以等差序列逐渐变窄，而齿槽以等差序列逐渐变宽。在拧接过程中，当公端2和母端1进入相互的纫扣区域g前和刚刚进入纫扣区域g时，公端2或母端1的齿顶的宽度a始终小于对应端的齿槽顶部的宽度b，因而可以顺利纫扣。在纫扣之后的拧接过程中，同一位置的齿和齿槽的几何尺寸逐渐吻合，直至达到要求的紧密程度。
由于在齿的双侧采用了负齿形角，该螺纹的设计必须保证在纫扣之前，沿螺纹锥度方向上相对的齿顶宽ad1小于齿槽宽bd2。具体操作如下：
1、计算纫扣点
设在机紧完成后，公端螺纹2上的一点和母端螺纹1上的一点相接触，则这两点在轴向的距离为0。从而可以计算出在开始纫扣之时，这两点的轴向距离，如图3表示的螺纹纫扣位置。
2、计算在螺纹轴向上的齿顶宽ad2。
3、计算出沿螺纹锥度上齿槽底宽bg1和齿槽顶宽bd1之差，再计算同一齿槽在轴向上齿顶宽ad2和齿底宽ag2之差，如图4所示。
4、比较齿顶宽ad1和齿槽顶宽bd1之差，可认定此设计在纫扣时有无干涉。
5、分别选择合理的承载面螺距P2和导入面螺距P1。
6、螺纹的承载面4和导入面3要分别加工。
7、刀片的宽度要小于可能在工件实体上出现的最小齿槽宽。
8、分别选择承载面4和导入面3加工的对刀点。

Claims (3)

1、一种变齿宽倒置梯形套管螺纹连接结构，该套管连接结构是由分别设在连接套管的两端的公端螺纹(2)和母端螺纹(1)构成，连接套管的公端与母端逐支螺纹连接，其特征是：
所述连接套管公端螺纹(2)和母端螺纹(1)齿形的承载面(3)的齿形角(β2)和导入面(4)的齿形角(β1)均成负2度至负4度角度，其位置是在通过连接套管螺纹轴线(11)的截面上，所述公端螺纹(2)的中径线II(6)和母端螺纹(1)的中径线I(5)处的齿槽宽(a)呈线性变化，所述公端螺纹(2)在中径线II(6)处和母端螺纹(1)在中径线I(5)处的齿槽宽(a)是自起始扣(9)开始向螺纹尾端(10)成等差序列逐渐变宽，而该处的齿槽宽(b)自起始扣(9)开始向螺纹尾端(10)成等差序列逐渐变窄；所述公端螺纹(2)的中径线II(6)与母端螺纹(1)的中径线I(5)的锥度均为1/12至1/20，连接套管螺纹顶部(7)和螺纹底部(8)均与中径线I(5)和中径线II(6)平行；该螺纹连接的同一横截面上的齿顶宽度(ad1)和齿顶宽度(ad2)大于齿根宽度(bd1)和齿根宽度(bd2)，齿型呈倒置梯形状。
2、如权利要求1所述的变齿宽倒置梯形套管螺纹连接结构，其特征是：在连接套管拧接过程中，当套管公端螺纹(2)和母端螺纹(1)进入相应的纫扣区域(g)前和刚刚进入纫扣区域(g)时，套管螺纹公端(2)的沿锥度上的齿顶宽(ad1)和沿轴线上的齿顶宽(ad2)始终小于与之连接的套管螺纹母端1的沿锥度上的齿槽宽(bd1)和沿轴线上的齿槽宽(bd2)。
3、如权利要求1所述的变齿宽倒置梯形套管螺纹连接结构，其特征是：在连接套管拧接过程中，当套管公端(2)和母端螺纹(1)进入纫扣区域(g)之后，在逐渐拧紧过程中其接触位置的齿槽宽(a)和齿槽宽(b)的几何尺寸逐渐吻合。
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