CN201318513Y - 石油油管高压气密封联接结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种石油油管的螺纹联接结构，特别是一种能够承受较高气体压力的石油油管高压气密封联接结构，该密封联接结构由管体(1)和接箍(2)两部分组成，管体(1)上有外螺纹(11)、圆柱面(12)、圆锥面(13)和端面台肩(14)，接箍(2)上有内螺纹(21)、圆柱孔(22)、圆锥孔(23)和扭矩台肩(24)，外螺纹(11)与内螺纹(21)、圆锥面(13)与圆锥孔(23)、端面台肩(14)与扭矩台肩(24)分别形成过盈配合。本实用新型具有圆锥面/圆锥孔、端面台肩/扭矩台肩等双重金属/金属密封结构，如果其中一个密封结构损坏，另一个仍然可以起到同样的密封性效果。与现有技术相比，本实用新型能够承受较高的气体压力，接头部位的应力集中程度小，适合在含有硫化氢的高压天然气井中使用。

Description

石油油管高压气密封联接结构

技术领域

本实用新型涉及一种石油油管的螺纹联接结构，特别是一种石油油管高压气密封联接结构。

背景技术

在开采石油和天然气的过程中，几百根石油油管通过螺纹接头连接起来，组成几千米长的管柱，接头需要承受内压、外压、拉伸载荷等，接头部位是整个管柱的薄弱环节。随着钻井技术的发展，越来越多的天然气井陆续投入开采，天然气比油井更容易从油管联接部位泄漏，而且天然气井的压力往往较高，有些天然气井的压力甚至达到上百兆帕，这时普通的API油管联接接头已经达不到使用要求，常常发生泄漏，引起严重后果。

现有技术中采用的油管联接接头一般是API接头，其油管联接结构见附图1所示，它由管体1和接箍2两部分组成，管体1上有外螺纹11，接箍2上有内螺纹21，接箍2是一种标准接头，按照API(美国石油学会)标准加工制造。这种油管联接结构的不足之处是：

1、密封性能差。该油管联接结构是依靠内、外螺纹之间的过盈配合起连接和密封作用，由于结构设计的原因，即使在加工公差为零的情况下，接头拧紧后，内外啮合螺纹之间也会存在间隙，造成密封性能差，尤其是气密封性能更差，不能用于天然气井的开采。

2、应力水平高，应力集中比较严重，很容易发生粘扣失效；同时，天然气井中一般含有硫化氢气体，高应力水平容易发生应力腐蚀开裂。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种能够承受较高气体压力的、具有更高气密封性能的石油油管高压气密封联接结构。

本实用新型的技术方案是：一种石油油管高压气密封联接结构，它由管体和接箍两部分组成，管体上有外螺纹、圆柱面、圆锥面和端面台肩，接箍上有内螺纹、圆柱孔、圆锥孔和扭矩台肩，外螺纹与内螺纹、圆锥面与圆锥孔、端面台肩与扭矩台肩分别形成过盈配合。

内螺纹和外螺纹之间的过盈量控制在0.08～0.22mm之间。

圆锥面与圆锥孔之间的过盈量在0.22～0.32mm之间。

端面台肩与扭矩台肩之间的轴向过盈量在0.05～0.09mm之间。

管体上的圆锥面与圆柱面之间由半径为R₁圆弧光滑过渡，圆锥面与端面台肩之间由半径为R₂的圆弧光滑过渡，R₁与R₂满足关系：R₁＝2R₂＝1.6～2.4mm。

管体上端面台肩与垂线之间的夹角为α₁，接箍上扭矩台肩与垂线之间的夹角为α₂，α₁与α₂之间满足如下关系：α₁＝α₂-0.55°，α₁＝17.5～25.5°。

管体上圆锥面与垂线之间的夹角为β₁，接箍上圆锥孔与垂线之间的夹角为β₂，β₁与β₂之间满足如下关系：β₁＝β₂+0.75°，β₁＝60～75°。

管体上的圆柱面与接箍上的圆柱孔之间存在0.22～0.64mm的间隙。

本实用新型通过改进主密封结构形式，将主密封结构设计成圆锥面/圆锥孔结构，同时改变圆锥面及圆锥孔的锥度，使二者的锥度满足一定关系，从而使二者均匀接触，得到最好的密封效果；此外，优化台肩的角度，使台肩的辅助密封效果可以达到主密封的密封效果，从而使接头具有两级金属密封，气密封能力明显提高，可以达到管体内壁屈服压力。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容作进一步描述。

附图说明

图1为现有油管联接结构的结构示意图；

图2为本实用新型的结构示意图；

图3为本实用新型管体联接部分的结构示意图；

图4为本实用新型接箍联接部分的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图所示：一种用于Φ73.0×5.51mm的油管，钢级为P110，油管管体的几何尺寸包括外径、壁厚等均采用API标准规定值，套管材料满足API标准对P110钢级油管材料的要求。该石油油管高压气密封联接结构由管体1和接箍2两部分组成，管体1上有外螺纹11、圆柱面12、圆锥面13和端面台肩14，接箍2上有内螺纹21、圆柱孔22、圆锥孔23和扭矩台肩24，外螺纹11与内螺纹21、圆锥面13与圆锥孔23、端面台肩14与扭矩台肩24分别形成过盈配合。其外螺纹11和内螺纹21的齿高均为1.016mm，导向面角10°，承载面角3°，锥度1∶16。内螺纹21和外螺纹11之间的过盈量控制在0.08～0.22mm之间。该过盈量远小于普通API油管螺纹的过盈量，因螺纹过盈量减少而损失的上扣扭矩由端面台肩14与扭矩台肩24分担，使螺纹部位产生的应力集中程度得以缓解，有利于提高接头的抗应力腐蚀能力。密封由两个金属与金属密封结构承担：一是圆锥面13/圆锥孔23配合，起主要密封作用，其过盈量在0.22～0.32mm之间；另一个是端面台肩14/扭矩台肩24之间的配合，起辅助密封作用，其轴向过盈量在0.05～0.09mm之间，这两个密封结构可以起到同样的密封效果；而管体上的圆柱面12与接箍上的圆柱孔22之间存在0.22～0.64mm的间隙，则是出于加工考虑，方便刀具的退出。

为了保证主密封结构的顺利旋合，管体1上的圆锥面13与圆柱面12之间由半径为R₁圆弧光滑过渡，圆锥面13与端面台肩14之间由半径为R₂的圆弧光滑过渡，R₁＝1.6mm，圆弧R₂＝3.2mm，以利于管体1上的圆锥面13顺利旋入接箍2上的圆锥孔23。

管体1上端面台肩14与垂线之间的夹角α₁＝19.45°，接箍2上扭矩台肩24与垂线之间的夹角α₂＝20°。以使接触压力在径向的分量增大，接头在拉伸、弯曲载荷作用下仍能保证密封效果，经计算，该密封结构与主密封结构具有同样的密封效果。

在主密封结构设计上，管体1上圆锥面13与垂线之间的夹角β₁60°，接箍2上圆锥孔23与垂线之间的夹角β₂＝60.75°。β₁与β₂不同，可以使两个锥面完全紧密接触，接触压力均匀分布，最大限度地提高密封可靠性。

本实用新型实施例的气密封抗力可达100.2MPa以上。

实施例2：

如图所示：一种用于Φ88.9×9.52mm的油管，管体1上的圆弧R₁＝1.8mm，圆弧R₂＝3.6mm；端面台肩14与垂线之间的夹角α₁＝24.45°，扭矩台肩24与垂线之间的夹角α₂＝25；圆锥面13与垂线之间的夹角β₁＝60°，圆锥孔23与垂线之间的夹角β₂＝60.75°。其余结构与实施例1相同。

本实用新型实施例的气密封抗力可达142.2MPa以上。

Claims (8)

1、一种石油油管高压气密封联接结构，它由管体和接箍两部分组成，其特征是管体上有外螺纹、圆柱面、圆锥面和端面台肩，接箍上有内螺纹、圆柱孔、圆锥孔和扭矩台肩，外螺纹与内螺纹、圆锥面与圆锥孔、端面台肩与扭矩台肩分别形成过盈配合。

2、根据权利要求1所述的石油油管高压气密封联接结构，其特征是内螺纹和外螺纹之间的过盈量控制在0.08～0.22mm之间。

3、根据权利要求1所述的石油油管高压气密封联接结构，其特征是圆锥面与圆锥孔之间的过盈量在0.22～0.32mm之间。

4、根据权利要求1所述的石油油管高压气密封联接结构，其特征是端面台肩与扭矩台肩之间的轴向过盈量在0.05～0.09mm之间。

5、根据权利要求1或2或3或4所述的石油油管高压气密封联接结构，其特征是管体上的圆锥面与圆柱面之间由半径为R₁圆弧光滑过渡，圆锥面与端面台肩之间由半径为R₂的圆弧光滑过渡，R₁与R₂满足关系：R₁＝2R₂＝1.6～2.4mm。

6、根据权利要求1或2或3或4所述的石油油管高压气密封联接结构，其特征是管体上端面台肩与垂线之间的夹角为α₁，接箍上扭矩台肩与垂线之间的夹角为α₂，α₁与α₂之间满足如下关系：α₁＝α₂-0.55°，α₁＝17.5～25.5°。

7、根据权利要求1或2或3或4所述的石油油管高压气密封联接结构，其特征是管体上圆锥面与垂线之间的夹角为β₁，接箍上圆锥孔与垂线之间的夹角为β₂，β₁与β₂之间满足如下关系：β₁＝β₂+0.75°，β₁＝60～75 °。

8、根据权利要求1或2或3或4所述的石油油管高压气密封联接结构，其特征是管体上的圆柱面与接箍上的圆柱孔之间存在0.22～0.64mm的间隙。

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