CN201254959Y - 缓解应力集中作业油管接头 - Google Patents

Abstract

本实用新型缓解应力集中作业的油管接头，是一种锥度为1∶20的锥管螺纹接头，由具有外螺纹的管体1和具有与之匹配的内螺纹的管体7组合而成。外螺纹接头具有3个齿高小于其他螺纹的短齿螺纹，管体1、7的径向向外的直角台肩、径向向内的15°台肩相互过盈配合，同时管体1与管体7上的密封锥面也形成过盈配合。本实用新型的设计明显提高了作业管接头的密封性能，同时不等高螺纹提高了接头的连接强度，又起到吸收扭矩的作用，缓解了接头应力集中。其抗粘扣性能好，使用寿命长，适宜作为作业油管使用。

Description

缓解应力集中作业油管接头

技术领域

本实用新型涉及的是一种螺纹接头，属于石油油管螺纹连接技术领域。

背景技术

油套管是井下油气钻采中不可或缺的且是用量很大的部分，其质量好坏直接影响到钻采作业的成败和油气井的寿命。而螺纹连接同套管柱一起在油气井中长期承受拉伸、压缩、弯曲、内压、外压及温度等产生的复合应力的考验，螺纹连接质量的好坏，将直接影响油气井的使用寿命。可见套管中受力最薄弱的部分就是螺纹连接处，经调查油套管失效事故约64％发生在螺纹连接处(国内则高达86％)。

目前油套管连接螺纹主要可分为两类：一类是API(即American PetroleumInstitute)螺纹接头即符合美国石油学会API标准的螺纹接头。API螺纹早在20世纪初问世以来一直受到广泛的关注和应用，为了适应各种工况的需要，相继开发出了短圆螺纹、长圆螺纹、偏梯形螺纹、直连型螺纹等形式。这种接头的优点是技术成熟、易于加工、检测互换性好、而且生产成本较低，但是随着石油钻井的深度进一步增加，油井环境变得更恶劣(如出现含腐蚀性气体的油井及高压油井)，其性能开始不能满足油井的需要，特别是在密封性和强度方面存在一定问题。圆螺纹接头的连接处只能承受相当于管体断裂强度的60％—80％的拉伸载荷，偏梯形螺纹接头的密封性只相当于管体的30％左右，连接强度低、密封性能不可靠、上扣控制难、接头应力水平高、耐腐蚀性能差等缺点都限制了API螺纹的应用。

发明内容

本实用新型螺纹接头针对目前技术的不足，提供了一种具有缓解应力集中接头的油套管接头，减轻螺纹应力集中现象，提高接头抗扭强度，解决了有套管在井下复杂工况中容易出现的粘扣、脱扣等容易发生的问题，大大延长了接头的实用寿命的高密封高强度螺纹接头。本实用新型接头可用于反复使用的作业油管，也可用于天然气井及高压油井的开采。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种缓解应力集中作业油管接头，由管体1和管体7通过螺纹拧接组成，其特征在于，所述的接头为锥度为1:20的锥管螺纹接头，管体1端部墩粗处理外加厚(外径胀大，内径不变)，具有位于径向向外的直角台肩6与一个径向向内的15°台肩2之间、轴向延伸的加工内螺纹4，在15°台肩2和加工内螺纹4之间设置有一个前端密封锥面3；管体7端部墩粗处理外加厚(外径胀大，内径不变)，具有位于径向向外的直角台阶8与径向向内的15°台阶13之间、轴向延伸的加工外螺纹11，在15°台阶13和加工外螺纹11之间设置有一个前端密封锥面12；所述接头拧紧后，管体1上的密封锥面3与管体7上的密封锥面12紧密接触，形成过盈配合，同时直角台肩6与8、15°台肩2与15°台阶13也形成过盈配合；加工内螺纹4与加工外螺纹11的齿高相等，管体7上靠近直角台肩8的三个加工外螺纹短齿螺纹10的齿高小于其他的螺纹齿的齿高。

上述技术方案中，加工内螺纹4、加工外螺纹11、加工外螺纹短齿螺纹(10)的形状为偏梯形，三个短齿螺纹10的齿高为0.8-1.02mm，余下的加工外螺纹11和加工内螺纹4的齿高均为1-1.22mm，加工外螺纹螺距为4.2-4.5mm，加工内螺纹螺距为4.1-4.4mm，加工外螺纹螺距始终比加工内螺纹螺距大0.1mm，螺纹承载面角α为3°—5°，导向面角β为8°—10°。

上述技术方案中，密封锥面3、12的锥度均为1：7。

本实用新型的管体经墩粗处理，并且采用了连接效率更高的偏梯形螺纹形式，因此，连接强度高，接头连接强度超过了管体强度。

本实用针对应力集中现象新型设计有扭矩台肩与不等高齿高，接头拧紧后，15°台肩2与13、直角6与8紧密接触，一方面起到了上扣定位作用，同时两个扭矩台肩也分担了很大的上扣扭矩，因此，降低了螺纹部分的峰值应力，缓和了螺纹的应力集中现象；同时由于外螺纹与内螺纹啮合后前三个螺纹的受力比较大，容易发生应力集中现象，所以降低其齿高降低其也能降低峰值应力，使受力更均匀，内外螺纹的不等螺距对降低螺纹齿啮合时的应力也起到一定作用，设计不等高齿、不等螺距以及扭矩台肩，这种接头不易发生粘扣，使用寿命大大延长。

有益效果

与现有技术相比，本实用新型有显著进步，具体表现在：

1)降低外螺纹前三个螺纹高度、内外螺纹不等螺距、增加两个扭矩台肩，使啮合处的齿高大大缓解了螺纹应力集中现象，使螺纹的受力更均匀，改善了螺纹粘扣现象，实用寿命长；

2)前端部相邻的第一个外螺纹径向向外延伸到与所述基部相邻的最后一个外螺纹处的锥度为1：20，改善螺纹应力集中以及增强抗扭性能；

3)增加两个扭矩台肩，抗过扭矩能力强；

4)采用了锥面/锥面密封结构，具有良好的气密封性能；

5)螺纹采用连接改进的偏梯形螺纹形式，连接部位的两端均形成紧密结合，使载荷分散，改善应力集中，螺纹连接效率高。

附图说明

图1是缓解应力集中的作业油管接头整体示意图。其中，1、7：管体。

图2缓解应力集中作业油管接头的管体示意图。其中，1、7：管体，2、13：15°台肩，3、12：密封锥面，4：加工内螺纹，5、9：基部，6、8：直角台肩，10：加工外螺纹短齿螺纹，11：加工外螺纹。

图3短齿螺纹示意图。其中，α：螺纹承载面角为，β：导向面角。

图4加工内螺纹示意图。其中，α：螺纹承载面角为，β：导向面角。

图5加工内螺纹示意图。其中，α：螺纹承载面角为，β：导向面角。

具体实施方式

下面通过附图和具体实施方式对本实用新型作进一步阐述。

本设计的实施例是用于Φ88.9×9.52mm的油管，钢级为N80。管体(7)的外径为88.9mm，内径为69.86mm，壁厚为9.52mm。管体墩粗后，外径为107.95mm，内径仍为69.86mm。外螺纹前三个螺纹的齿高为1.02mm，外螺纹其余齿高为1.22mm，内螺纹的齿高1.22mm，导向面角度10°，承载面角度3°，外螺纹的螺距是4.2342mm，内螺纹的螺距是4.2242mm，内外螺纹都进行磷化处理。该接头螺纹齿受力相对比较均匀，能有效缓解应力集中，大大延长接头寿命。同时其连接强度高于管体，密封性能良好。

Claims (4)

1、一种缓解应力集中作业油管接头，由管体(1)和管体(7)通过螺纹拧接组成，其特征在于，所述的接头为锥度为1:20的锥管螺纹接头，管体(1)端部墩粗处理外加厚，具有位于径向向外的直角台肩(6)与一个径向向内的15°台肩(2)之间、轴向延伸的加工内螺纹(4)，在15°台肩(2)和加工内螺纹(4)之间设置有一个前端密封锥面(3)；管体(7)端部墩粗处理外加厚，具有位于径向向外的直角台阶(8)与径向向内的15°台阶(13)之间、轴向延伸的加工外螺纹(11)，在15°台阶(13)和加工外螺纹(11)之间设置有一个前端密封锥面(12)；所述接头拧紧后，管体(1)上的密封锥面(3)与管体(7)上的密封锥面(12)紧密接触，形成过盈配合，同时直角台肩(6)与(8)、15°台肩(2)与15°台阶(13)也形成过盈配合；加工内螺纹(4)和加工外螺纹(11)的齿高相等，管体(7)上靠近直角台肩(8)的三个短齿螺纹(10)的齿高小于其他的螺纹齿的齿高。

2、一种如权利要求1所述的缓解应力集中作业油管接头，其特征在于，加工内螺纹(4)、加工外螺纹(11)、加工外螺纹短齿螺纹(10)的形状为偏梯形。

3、一种如权利要求1所述的缓解应力集中作业油管接头，其特征在于，短齿螺纹(10)齿高为0.8-1.02mm，余下的加工外螺纹(11)和加工内螺纹(4)的齿高均为1-1.22mm，加工外螺纹螺距为4.2-4.5mm，加工内螺纹螺距为4.1-4.4mm，螺纹承载面角α为3°—5°，导向面角β为8°—10°。

4、一种如权利要求1所述的缓解应力集中的作业油管接头，其特征在于，密封锥面(3)、(12)的锥度均为1:7。

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