CN201322148Y - 高性能油管气密封螺纹连接结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种高性能油管气密封螺纹连接结构，该结构包括有一个端部带有外螺纹的油管和带有内螺纹的接箍，通过起连接作用的螺纹部分和防止高压油气外泄的密封部分旋合拧接而成，油管的外螺纹和接箍的内螺纹均为偏梯型锥螺纹，内外螺纹上设有锥形密封面以及负角度的扭矩台肩所组成的主密封结构，螺纹过盈量设计为2.117mm，密封面采用30度的锥面设计。有益效果是偏梯型螺纹连接使该扣型油管连接结构连接强度得以加强，更能适合油管的特点，较小的螺纹过盈量大角度的密封面和适当的应力分布设计在保证高性能密封能力的同时，使得油管在多次上卸扣过程中局部过盈应力不会太大，摩擦路径较小，不会发生粘扣现象。该结构具有气密封性能、连接强度、良好的抗粘扣和抗腐蚀性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及石油天然气勘探、开发中的钻井完井过程中将多支油管进行密封连接的油管连接结构，特别是一种高性能油管气密封螺纹连接结构。
背景技术
油管柱采用螺纹将单根油井管连接而成，管柱的螺纹连接部位是薄弱的关键环节。在通用的API标准中，油管采用圆螺纹外加厚或不加厚的连接形式。这些连接形式在保证管柱结构完整性和密封完整性方面都存在一定的问题。例如，不加厚圆螺纹油管，其螺纹连接强度只为管体强度的60％～80％，外加厚圆螺纹的连接强度虽接近或达到管体强度但需要对管端进行墩粗处理加工起来比较复杂。
试验证明，API圆螺纹连接使用合适的螺纹脂，经机紧后具有较好的水密封性能，但气密封性能很低。这主要是由于：API螺纹连接，在齿顶或齿侧存在间隙。接头拧接后，啮合的螺纹接触面由于过盈存在而有接触压力。同时，借助螺纹脂填充在螺纹间隙可实现水密封。但在较高温度下，填充在螺纹间隙的螺纹脂蒸发和收缩，使啮合螺纹间有泄漏通道，气体会通过这些通道泄漏。另外油气中含有的硫化氢酸性成分会使普通API油管发生缓慢的应力腐蚀，导致油管在长期的使用过程中变形破坏。
随着石油工业的发展，尤其是深井、超深井、高压气井、定向井、酸性环境井的开发，对石油油管的使用性能提出了更高的要求。具有API标准螺纹连接形式的油管在许多情况下难以满足生产需求，亟待开发各种类型的特殊螺纹连接结构，以适应生产的需要。
发明内容
针对现有技术中结构上的不足，本实用新型的目的是提供一种油管气密封特殊扣接头，以利于改善普通API油管接头连接强度和密封效果不佳，无法适用于含硫化氢的酸性环境油井的问题。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是提供一种高性能油管气密封螺纹连接结构，该结构包括有一个端部带有外螺纹的油管和带有内螺纹的接箍，通过起连接作用的螺纹部分和防止高压油气外泄的密封部分旋合拧接而成，其中：所述油管的外螺纹和接箍的内螺纹均为偏梯型锥螺纹，所述内外螺纹上设有锥形密封面以及负角度的扭矩台肩所组成的主密封结构，螺纹过盈量设计为2.117mm，密封面采用30度的锥面设计。
偏梯型锥螺纹的螺距为每英寸五牙、每英寸六牙或每英寸八牙，偏梯型锥螺纹的公端螺纹齿高为1.27mm，母端螺纹齿高为1.32mm，锥度为1∶16。
所述主密封结构包括有所述油管外螺纹鼻端部和与接箍内螺纹对应处均设有锥形密封面，在接箍的密封面端面处均设有为上卸扣定位的扭矩台肩。
所述油管的公端和接箍的母端的锥形密封面与油管轴线的角度均为30度，所述扭矩台肩与油管管体的轴线的角度为70度。
本实用新型的效果是偏梯型螺纹连接使该扣型油管连接结构连接强度得以加强，改进型的螺距和齿高设计更能适合油管的特点，较小的螺纹过盈量大角度的密封面和适当的应力分布设计在保证高性能密封能力的同时，使得油管在多次上卸扣过程中局部过盈应力不会太大，摩擦路径较小，不会发生粘扣现象。公母端内孔平齐的设计使得油气在传送过程中不会发生紊流现象，减小传输阻力。该结构具有气密封性能、连接强度、良好的抗粘扣和抗腐蚀性能。
附图说明
图1是本特殊扣油管连接结构的结构示意图。
图2是本特殊扣油管连接结构的螺纹牙型放大图
A、油管 B、接箍
C、螺纹 D、密封结构
具体实施方式
结合附图及实施例对本实用新型的高性能油管气密封螺纹连接结构加以说明。
本实用新型的高性能油管气密封螺纹连接结构，该结构包括有一个端部带有外螺纹的油管和带有内螺纹的接箍，通过起连接作用的螺纹部分和防止高压油气外泄的密封部分旋合拧接而成，所述油管的外螺纹和接箍的内螺纹均为偏梯型锥螺纹，所述内外螺纹上设有锥形密封面以及负角度的扭矩台肩所组成的主密封结构，螺纹过盈量设计减小为2.117mm，密封面采用30度的大锥面设计。
偏梯型锥螺纹的螺距为每英寸五牙、每英寸六牙或每英寸八牙，偏梯型锥螺纹的公端螺纹齿高为1.27mm，母端螺纹齿高为1.32mm，锥度为1∶16。
所述主密封结构包括有所述油管外螺纹鼻端部和与接箍内螺纹对应处均设有锥形密封面，在公端和母端的密封面端面处均设有为上卸扣定位的扭矩台肩。
所述油管的公端和接箍的母端锥形密封面与油管轴线的角度均为30度，所述接箍扭矩台肩与油管管体轴线的角度为70度。
本实用新型的高性能油管气密封螺纹连接结构是这样实现的：如图1所示，该石油油管特殊扣接头结构包括油管A和接箍B两部分组成，所述油管A部分由偏梯型外螺纹C和含有密封面和止扭矩台肩的密封结构D部分组成，所述接箍B部分在两根油管间连接，两边结构对称，包括偏梯型内螺纹C和与公端鼻端部分对应的密封面和止扭矩台肩D。
所述偏梯型外螺纹的牙型角为13度，其中承载面α1为3度，导入面α2为10度，根据外径规格的不同，齿高分别为h＝1.27mm或1.016，螺距分别为t＝5.08或4.233或3.125mm，螺纹锥度1∶16。所述偏梯型内螺纹的牙型角、导入面角度、承载面角度、螺距、锥度均与外螺纹一致，齿高对应分别为h＝1.32或1.067mm。
连接用偏梯螺纹的牙型结构如图2所示，所述梯型外螺纹C的牙型角为13度，其中导入面为10度，承载面为3度，根据外径规格的不同，齿高分别为h＝1.27mm或1.016，螺距分别为t＝5.08或4.233或3.125mm，螺纹锥度1∶16。所述偏梯型内螺纹C的牙型角、导入面角度、承载面角度、螺距、锥度均与外螺纹一致，齿高对应分别为h＝1.32或1.067mm。
油管出厂前接箍的一边先与管体拧接到位，运输至油田，需要下井时再与另一根油管进行拧接下井，形成密闭的油管柱直至几千米深的采油气层。在拧接上扣过程中，油管A与接箍B进行旋合拧接，，油管上的偏梯外螺纹C和接箍上的偏梯内螺纹C旋紧配合在一起直至开始发生过盈，产生一定的接触应力，但由于公母端螺纹C中间有一定的空隙因此并不能完成密封。然后油管A和接箍B的密封面部分开始接触并发生过盈达到密封的效果，最后当油管A和接箍B的止扭矩台肩接触时，旋合扭矩立即快速上升到达设计的扭矩值时自动停止旋合，为油管A和接箍B之间提供准确的拧接定位。此时油管A和接箍B能保证连接强度达到或超过管体强度，受到内压或外压时不会先与管体发生泄漏。然后下放管柱继续进行下一根油管的上扣连接。
Claims (4)
1、一种高性能油管气密封螺纹连接结构，该结构包括有一个端部带有外螺纹的油管和带有内螺纹的接箍，通过起连接作用的螺纹部分和防止高压油气外泄的密封部分旋合拧接而成，其特征是：
所述油管的外螺纹和油管的内螺纹均为偏梯型锥螺纹，所述内外螺纹上设有锥形密封面以及负角度的扭矩台肩所组成的主密封结构，螺纹过盈量设计为2.117mm，密封面采用30度的锥面设计。
2、根据权利要求1所述的高性能油管气密封螺纹连接结构，其特征是：偏梯型锥螺纹的螺距为每英寸五牙、每英寸六牙或每英寸八牙，偏梯型锥螺纹的公端螺纹齿高为1.27mm，母端螺纹齿高为1.32mm，锥度为1∶16。
3、根据权利要求1所述的高性能油管气密封螺纹连接结构，其特征是：所述主密封结构包括有所述油管外螺纹鼻端部和与接箍内螺纹对应处均设有锥形密封面，在油管的公端和油管的母端的密封面端面处均设有为上卸扣定位的扭矩台肩。
4根据权利要求3所述的高性能油管气密封螺纹连接结构，其特征是：所述公端和母端的锥形密封面与油管轴线的角度均为30度，所述母端扭矩台肩与油管的螺纹轴线的角度为70度。
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