CN202300220U - 一种高速上扣螺纹接头 - Google Patents

Abstract

一种高速上扣螺纹接头，包括外内螺纹配合的管体和接箍；管体包括外螺纹段、角度为θ1的管端环状端面和内孔内圆柱面；接箍包括内螺纹段、根部内圆柱面、内端面、内通孔及其内圆柱面；螺纹牙型为偏梯形螺纹扣型，导向面齿形角α＝30°～45°，承载面齿形角β＝-3°～3°，螺纹锥度为1∶12，螺距为8.17mm/in；止扭台肩包括内孔直径尺寸D1及外圆尺寸D2的管体管端环状端面，与轴线方向成夹角θ2的锥面；直径D4的内圆柱面，内圆柱面与螺纹之间形成过渡锥面，过渡锥面与轴线方向成夹角θ3，与管端端面配合的内端面；1mm≤D1-D2≤9.5mm；1.8mm≤D4-D2≤7mm；75°≤θ1≤90°；20°≤θ2≤50°；35°≤θ3≤55°；-1mm≤D1-D3≤1mm。

Description

一种高速上扣螺纹接头

技术领域

本实用新型涉及石油管技术，特别涉及一种高速上扣螺纹接头。 

背景技术

在石油钻采行业中，石油管是重要的组成部分。现在的石油管市场以API标准化的油套管为主，以特殊螺纹接头油套管为辅。随着石油钻采工艺的技术发展以及各种复杂井的开发，针对不同工况的特殊螺纹接头油套管越来越多。 

以海上钻探为代表，因为远离陆地，海上钻井作业环境异常复杂，所以时间成本巨大，每天的作业费用达数百万元。因此在包括海上作业在内的一些特殊井况油井的开发中，节省作业时间，从而降低作业成本显得尤为重要。 

API标准的偏梯形螺纹齿形采用10°导向面和3°承载面的设计，螺距为5.08mm，外径为4-1/2″～13-3/8″时，螺纹的锥度为1∶16；外径大于16″时，螺纹的锥度为1∶12。其应用在大口径套管时，对扣性能较差，易错扣，且上扣速度慢，影响下井作业效率。据了解，在渤海某海上平台20in套管下井作业过程中，使用API标准化偏梯形螺纹接头的套管下井速度为2根/小时，对扣困难，极大的影响了作业速度，增加了作业成本。 

中国专利CN98207389.5提供了一种用于油田的螺纹接头，该螺纹接头由用于结构完整性的螺纹连接结构和用于密封完整性的金属密封面结构组成。螺纹牙型结构形式为偏梯形或圆形，对螺纹牙型参数没有进一步描述。该专利所采用的主、副金属密封形式对于油管产品是合理的，但对于密封要求不高的套管并不完全适用，同时不能提高上卸扣效率。 

中国专利CN01253367.X提供了一种套管螺纹接头，该螺纹接头由用于结构完整性的螺纹连接结构和用于密封完整性的金属密封面结构组成，提供了一种密封的结构形式，但对于大于等于7in特殊扣套管，该专利技术受管料等产生密封面直径椭圆度因素的影响，将会给尺寸精度控制带来 困难。 

中国专利CN200720096474.6提供了一种石油套管特殊螺纹接头，这种接头结构由套管外螺纹件和接箍内螺纹件构成，其螺纹锥度为1∶11.76，螺距为6.35mm；套管位于与接箍连接端设置有台阶，接箍内设置凸台，台阶端面与凸台端面紧密接触。该专利采用了4牙/in的结构，一定程度上提高了上扣效率，但对于大口径套管还存在对扣困难的情况。 

中国专利CN200710134704.8一种石油套管特殊螺纹接头，所述外螺纹件通过螺纹与接箍啮合连接在一起，其特征在于：螺纹的锥度为1∶6～1∶8，螺纹的螺距是每英寸3牙，螺纹的高度是2.05～2.45mm，螺纹的齿顶、齿底平行于管子的轴线。该专利结构采用了1∶6～1∶8的螺纹锥度，增加了螺纹滑脱失效的风险；同时在接箍中部存在“J”环区，由此易行成涡流，造成对螺纹的严重冲蚀。 

发明内容

针对普通大口径套管螺纹上扣速度慢，容易错扣的现状，本实用新型的目的在于设计一种高速上扣螺纹接头，在满足API通用的螺纹强度要求的前提下，实现准确对扣快速上扣的目的。 

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是： 

一种高速上扣螺纹接头，包括外内螺纹配合的管体和接箍；其特征是，所述的管体包括外螺纹段、角度为θ1的管端环状端面和内孔内圆柱面；所述的接箍包括内螺纹段、根部内圆柱面、角度为θ1的内端面、内通孔及其内圆柱面；其中，所述的管体管端环状端面与接箍内端面配合形成止扭台肩；所述的管体外螺纹与接箍内螺纹配合的螺纹牙型结构形式为偏梯形螺纹扣型，导向面齿形角角度α＝30°～45°，承载面齿形角角度β＝-3°～3°，螺纹锥度为1∶12，螺纹齿顶和齿底平行于螺纹母线，螺距为8.17mm/in，即3牙/in；所述的止扭台肩包括：内孔直径尺寸D1及外圆尺寸D2的管体管端环状端面，该环状端面与轴线方向成夹角θ1，位于环状端面外侧、与轴线方向成夹角θ2的锥面；接箍内直径为D4的内圆柱面，该内圆柱面与螺纹之间形成过渡锥面，该过渡锥面与轴线方向成夹角θ3，内圆柱面与过渡锥面、接箍内端面之间的过渡圆弧S，以及与管体管端端面相配合的 夹角为θ1的内端面；其中，1mm≤D1-D2≤9.5mm；1.8mm≤D4-D2≤7mm；75°≤θ1≤90°；20°≤θ2≤50°；35°≤θ3≤55°；-1mm≤D1-D3≤1mm。 

本实用新型所涉及的大口径套管主要覆盖管体直径为13 3/8in(Φ339.72mm)～20in(Φ508mm)的无缝管以及焊管。为解决API偏梯形螺纹在大口径套管上对扣困难，上扣效率低的问题，本实用新型从以下五个方面进行技术改进，以确保良好的对扣性能和高的上扣速度。 

增大导向面齿形角，导向面齿形角范围涵盖30°～45°。 

减小承载面齿形角，承载面齿形角扩展为-3°～+3°。 

增大螺距提高上扣速度，采用3牙/in的螺距结构。 

采用止扭台肩结构保证拧接质量，接箍内部和管体端部分别设计止扭台肩，上扣时台肩相互配合控制管拧位置。 

采用内平结构减少紊流。接箍内通孔和管体内径采用平滑过渡，保证几何结构上不会有突起的台肩产生，从而尽可能避免避免紊流以及杂质沉淀，从而降低腐蚀的发生机会。 

本实用新型的有益效果： 

经过与现有技术API偏梯形螺纹对比 

1、大螺距设计。 

API偏梯形套管螺纹均采用5牙/in的结构形式，螺距为5.08mm/in。当应用于大口径套管时，该结构形式容易导致错扣甚至粘扣事故的发生，同时上扣速度也受到限制。本实用新型采用3牙/in的结构设计，螺距为8.17mm/in，上扣速度相比API偏梯形螺纹可以提高至少40％；同时，大螺距的粗牙结构也可以明显降低错扣的发生概率，极大提高上扣效率。 

2、优化螺纹齿形。 

API偏梯形套管螺纹因其螺距较小，齿形结构中分别采用了10°的导向面齿形角和3°的承载面齿形角。这种设计在小螺距结构中有利于提高螺纹强度，增强连接性能，但导入性能较差。本实用新型的螺纹导向面齿形角扩展为30°～45°，保证了良好的导入性能；同时较长的齿宽结构和减小的承载面齿形角又保证了螺纹连接强度。承载面齿形角扩展为-3°～+3°。 

3、采用止扭结构。 

API偏梯形套管螺纹无止扭结构，上扣过程通过三角形标记实行位置控制。这种方式上扣波动范围较大，易受加工误差影响，容易产生过拧或者拧接不足，严重时导致螺纹接头异常失效。本实用新型采用止扭结构，通过精确的拧接台肩控制拧接止拧位置，减小了螺纹尺寸对拧接的影响；同时拧接过程中监控上扣扭矩，控制拐点扭矩和最终上扣扭矩，保证了较高的拧接质量。 

4、内平结构。 

本实用新型设计中接箍内通孔与管体内径平滑过渡，减少流体紊流的影响，降低腐蚀的发生几率。 

本实用新型所述螺纹结构具有准确对扣快速上扣的特点，可以减少油田作业时异常的发生，有效提高生产效率。同时在接头的使用性能能，不低于API标准所述要求。在大口径套管的螺纹接头应用上，本实用新型所述螺纹接头形式完全可以替代API偏梯形螺纹接头。 

附图说明

图1为本实用新型一实施例的结构示意图。 

图2为本实用新型实施例中API偏梯形螺纹示意图。 

图3为本实用新型实施例中螺纹齿形示意图。 

图4为本实用新型实施例中止扭台肩和内平结构。 

具体实施方式

参见图1～图4，本实用新型的一种高速上扣螺纹接头，包括外内螺纹配合的管体1和接箍2；所述的管体1包括外螺纹段11、角度为θ1的管端环状端面12和内孔内圆柱面13；所述的接箍2包括内螺纹段21、根部内圆柱面22、角度为θ1的内端面23、内通孔及其内圆柱面24；其中，所述的管体管端环状端面12与接箍内端面23配合形成止扭台肩；所述的管体外螺纹11与接箍内螺纹21配合的螺纹牙型结构形式为偏梯形螺纹扣型，导向面齿形角角度α＝30°～45°，承载面齿形角角度β＝-3°～3°，螺纹锥度为1∶12，螺纹齿顶和齿底平行于螺纹母线，螺距为8.17mm/in，即3牙/in；所述的止扭台肩包括：内孔直径尺寸D1及外圆尺寸D2的管体管 端环状端面，该环状端面与轴线方向成夹角θ1，位于环状端面外侧、与轴线方向成夹角θ2的锥面；接箍内直径为D4的内圆柱面，该内圆柱面与螺纹之间形成过渡锥面，该过渡锥面与轴线方向成夹角θ3，内圆柱面与过渡锥面、接箍内端面之间的过渡圆弧S，以及与管体管端端面相配合的夹角为θ1的内端面；其中，1mm≤D1-D2≤9.5mm；1.8mm≤D4-D2≤7mm；75°≤θ1≤90°；20°≤θ2≤50°；35°≤θ3≤55°；-1mm≤D1-D3≤1mm。 

下面以φ508mm×11.13mm J55钢级套管产品为例，其接头螺纹和尺寸参数为： 

D1-D2＝4.8mm； 

D4-D2＝2.4mm； 

D5-D3＝0； 

θ1＝90°； 

θ2＝30°； 

θ3＝45°； 

螺纹牙型承载侧角度α＝0°，引导侧角度β＝+40°，锥度为1∶12，齿顶和齿根所在直线平行于螺纹母线，螺距为8.17mm，即3牙/每英寸。 

随着油、气井钻探环境的日益苛刻，井的深度、井底压力和温度，以及定向井和水平井的应用，特殊功能产品因其满足用户的特定需求而逐渐占主导地位。本实用新型开发的螺纹能够适应各种条件苛刻的井况，满足用户对良好对扣功能和快速上扣的需要，有利于用户减少套管下井过程中异常情况的发生，降低套管下井作业成本，提高套管下井作业的工作效率。因此本实用新型开发的套管接头具有很好的应用前景。 

Claims (1)

1.一种高速上扣螺纹接头，包括外内螺纹配合的管体和接箍；其特征是，

所述的管体包括外螺纹段、角度为θ1的管端环状端面和内孔内圆柱面；

所述的接箍包括内螺纹段、根部内圆柱面、角度为θ1的内端面、内通孔及其内圆柱面；

其中，所述的管体管端环状端面与接箍内端面配合形成止扭台肩；

所述的管体外螺纹与接箍内螺纹配合的螺纹牙型结构形式为偏梯形螺纹扣型，导向面齿形角角度α＝30°～45°，承载面齿形角角度β＝-3°～3°，螺纹锥度为1∶12，螺纹齿顶和齿底平行于螺纹母线，螺距为8.17mm/in，即3牙/in；

所述的止扭台肩包括：

内孔直径尺寸D1及外圆尺寸D2的管体管端环状端面，该环状端面与轴线方向成夹角θ1，位于环状端面外侧、与轴线方向成夹角θ2的锥面；

接箍内直径为D4的内圆柱面，该内圆柱面与螺纹之间形成过渡锥面，该过渡锥面与轴线方向成夹角θ3，内圆柱面与过渡锥面、接箍内端面之间的过渡圆弧S，以及与管体管端端面相配合的夹角为θ1的内端面；

其中，

1mm≤D1-D2≤9.5mm；

1.8mm≤D4-D2≤7mm；

75°≤θ1≤90°；

20°≤θ2≤50°；

35°≤θ3≤55°；

-1mm≤D1-D3≤1mm。

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