CN202325290U - 一种低应力高密封性能的油套管用金属密封接头 - Google Patents

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苏忠贵
贾广民
李芙蓉
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Abstract

一种低应力高密封性能的油套管用金属密封接头,包括有带外螺纹的管体和带内螺纹的接箍;在接箍的中间、内螺纹的端部有金属内密封面,内螺纹通过退刀槽与内密封面相连,与内密封面相邻的端部设有内扭矩台肩;在管体的端部设有外扭矩台肩,靠近管体端部外表面设有外密封面,外螺纹与外密封面之间设有过渡锥面,上扣连接后,内密封面和外密封面发生过盈接触,阻塞气体从管柱内向外的泄漏,内螺纹、外螺纹的外扭矩台肩和内扭矩台肩则控制了接头上扣位置,保证外密封面和内密封面之间的接触,具有气密封性能高、接头内部应力低、不易粘扣的良好使用特性。

Description

一种低应力高密封性能的油套管用金属密封接头
技术领域
本实用新型属于油套管技术领域,具体涉及一种低应力高密封性能的油套管用金属密封接头。 
背景技术
油套管是油气田勘探开发中的重要物资基础,是地下油气资源通向地面的重要通道。由于服役工况的复杂,如温度、井深等日益增加,尤其是随着各种新钻井、完井技术的出现和资源需求所致的超深气田开发,常规API螺纹接头已经满足不了应用要求,具有金属密封的特殊接头在油气开发中获得了越来越多的应用。目前市场上多数特殊接头的设计均通过了全尺寸试验验证,但在使用过程中发现,50%以上的高压深井超深井的油套管管柱出现泄漏现象,需要花费数千万元去修井、更换油管接头。经过分析,造成这种现象的主要原因是目前带金属密封结构的油套管特殊接头密封面处的接触压力过大,经过井下疲劳载荷作用,密封面上产生微损伤;同时具有过大应力的部位在腐蚀性介质冲击下产生腐蚀损伤,从而使得接头出现泄漏,油套管之间的环空压力增加影响油气开采安全。 
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本实用新型的目的在于提供了一种为满足高压深井超深井的油套管管柱的服役工况需求而设计了一种低应力高密封性能的油套管用金属密封接头,解决目前常用的特殊接头在井下出现泄漏、冲击/应力腐蚀损伤等问题,延长井下管柱的使用寿命,降低油气开采成本。 
为了实现上述目的,本实用新型采用的技术方案是:一种低应力高密封性能的油套管用金属密封接头,包括有一带外螺纹3的管体1和带内螺纹9的接箍2,其特点是接箍2两端结构相对称,在接箍2中间的内螺纹9的端部有专用于密封的金属内密封面11,内螺纹9通过退刀槽10与内密封面11相连,与内密封面11相邻的端部设有内扭矩台肩14,内圆柱面12是从内密封面11到内扭矩台肩14的过渡面,更靠近管体1端部设有外密封面5,在管体1的端部设有外扭矩台肩8,外螺纹3与外密封面5之间设有过渡锥面4,外圆柱面6是从外密封面5到外扭矩台肩8的过渡面,外密封面5的主要密封锥面与管体1的轴向角a为16°,在密封直径检测点16左侧0.1mm 的转折点17处,外密封面5的密封锥面角v为15°~15.8°,内密封面11的主要密封锥面与管体1的轴向角b为16°,在密封直径检测点15右侧0.1mm的转折点18处,内密封面11的密封锥面角y为15°~15.8°。  
所述的外圆柱面6与外扭矩台肩8之间的圆角7的半径为1~1.3mm,外扭矩台肩8与管体1接头处的径向的夹角θ为逆向1°~3°。 
所述的内圆柱面12与内扭矩台肩14之间的圆角13的半径为0.4~0.8mm,内扭矩台肩14与管接头径向的夹角β为逆向1°~3°。 
所述的外密封结构包括过渡锥面4、外密封面5、外圆柱面6、圆角7和外扭矩台肩8,其长度L为8~15mm,外密封面5距外扭矩台肩8的长度H为4~8mm。 
    所述的内密封结构包括退刀槽10、内密封面11、圆柱面12、圆角13和内扭矩台肩14,其长度K为8~15mm,内密封面11距内扭矩台肩14的长度F为4~8mm。 
所述的外密封面5的控制点距端部外扭矩台肩8的距离为4~8mm。 
所述的起连接作用的外螺纹3、内螺纹9为符合API标准的偏梯形螺纹。 
所述的内密封面11、外密封面5的长度为8~15mm,内密封面11的控制点距内扭矩台肩14为4~8mm,外密封面5的控制点距端部外扭矩台肩8的距离为4~8mm,所述的外螺纹3与过渡锥面4连接处的螺纹的倾角为30°。 
外螺纹3也是按API标准偏梯形螺纹加工而成。 
本实用新型的有益效果是: 
本实用新型的效果是在充分利用了成熟的API标准偏梯形螺纹标准及加工技术,增加了金属对金属的密封结构和上扣连接定位的台肩结构,能满足高压深井超深井的油套管管柱的服役工况需求,具有气密封性能高、接头内部应力低、不易粘扣的良好使用特性;
由于设计了变角度锥面密封结构、逆向1°~3°的外扭矩台肩8和内扭矩台肩14,减小了接头的金属密封过盈量,从而降低了接头内部的应力,同时保证了接头的密封可靠性,该接头的金属密封结构具有较低的接触压力,减少了螺纹及金属密封面在上扣连接时发生粘扣的可能性,提高了螺纹的抗磨损能力,避免了高压高速流体对接头的冲击与腐蚀作用,同时保证了接头的气体内压密封强度与管体的内屈服强度;
适用于管外径不小于50mm的输送高压流体介质的油套管连接接头,该接头具有低应力、高密封性的特点,可用于石油天然气开采等行业领域,可降低井下管柱接头内部的应力水平,保证接头的气密封强度不低于管体内屈服强度,在此基础上解决目前的油套管特殊接头在井下出现高压高速流体冲击/应力腐蚀损伤等问题,延长井下管柱的使用寿命,降低油气开采成本;
本实用新型接头适用于各种天然气开采的气井,完全可以替代目前常用的气密封油套管特殊接头,尤其适用于对高压高温、深井超深井、特殊固完井工艺要求的工况。随着石油天然气开采向更苛刻工况发展,高温、高压、超深及大弯曲度的气井越来越多,调查表明,这些井的接头在管体未发生损伤时已出现较多冲击和腐蚀损伤现象。如采用耐蚀合金加工该种接头,使接头与管体内表面具有相同的耐高压高速腐蚀介质冲击和腐蚀性能,避免目前出现的特殊接头位置先发生冲击与腐蚀损伤等现象,延长管柱使用寿命,减少修井次数,增加油气开采经济效益与社会效益,具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本实用新型的管体1的外螺纹结构一侧剖面示意图。 
图2是本实用新型的接箍结构侧剖面示意图。 
图3是本实用新型的外密封面5与内密封面11的结构图。 
图4是本实用新型内螺纹、外螺纹上扣连接后侧剖示意图。 
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作进一步详细说明。 
参见图1、2、4,一种低应力高密封性能的油套管用金属密封接头,包括有一带外螺纹3的管体1和带内螺纹9的接箍2,其特点是接箍2两端结构相对称,在接箍2中间的内螺纹9的端部有专用于密封的金属内密封面11,内螺纹9通过退刀槽10与内密封面11相连,与内密封面11相邻的端部设有内扭矩台肩14,外螺纹3为API偏梯形螺纹,参照标准API 5B加工,外螺纹3与外密封面5之间设有过渡锥面4,外密封面5的控制点距端部外扭矩台肩8的距离为4~8mm,外圆柱面6是从外密封面5到外扭矩台肩8的过渡面,外圆柱面6与外扭矩台肩8之间的圆角7的半径为1~1.3mm,外扭矩台肩8与管体1接头处的径向的夹角为逆向1°~3°。参见图2,接箍2两端结构是对称加工的,接箍2上的内螺纹9为API偏梯形螺纹,参照标准API 5B加工,退刀槽10分别与连接内螺纹9和内密封面11相连,内密封面11的控制点距内扭矩台肩14为4~8mm,内圆柱面12是从内密封面11到内扭矩台肩14的过渡面,内圆柱面12与内扭矩台肩14之间的圆角13的半径为0.4~0.8mm,内扭矩台肩14与管接头径向的夹角β为逆向1°~3°。上扣连接后,内密封面5和外密封面11发生过盈接触,阻塞气体从管柱内向外的泄漏,内螺纹9、外螺纹3的外扭矩台肩8和内扭矩台肩14则控制了接头上扣位置,保证外密封面5和内密封面11之间的接触。本实用新型的关键是必须保证接头的密封结构长在8~15mm,即外密封结构包括过渡锥面4、外密封面5、外圆柱面6、圆角7和外扭矩台肩8,其长度L为8~15mm,内密封结构包括退刀槽10、内密封面11、内圆柱面12、圆角13和内扭矩台肩14,其长度K为8~15mm,外密封面5距外扭矩台肩8的长度H为4~8mm,内密封面11距内扭矩台肩14的长度F为4~8mm。 
参见图3,外密封面5与内密封面11分别是由两个不同角度的锥面组成,外密封面5的主要密封锥面与管体1的轴向角a为16°,在密封直径检测点16左侧h的转折点17处,外密封面5的密封锥面角v为15°~15.8°,h的长度为0.1mm,内密封面11的主要密封锥面与管体1的轴向角b为16°,在密封直径检测点15右侧k的转折点18处,内密封面11的密封锥面角y为15°~15.8°,k的长度为0.1mm。由于设计了变角度锥面密封结构、逆向1°~3°的外扭矩台肩8和内扭矩台肩14,减小了接头的金属密封过盈量,从而降低了接头内部的应力,同时保证了接头的密封可靠性。 
本实用新型的双金属管接头可按下述步骤实施: 
从管体1端部开始,按逆向2°开始加工台肩8、半径1mm加工圆角、然后加工外圆柱面6到外密封面5处,然后按16°开始加工密封锥面4,密封控制点15距管端为5.5mm,过密封控制点15后0.1mm减小密封锥面角度0.5°继续完成密封锥面,然后加工过渡锥面4,直到距管端10mm处,然后参照标准API 5B加工连接的外螺纹;同样,按台肩、圆角、过渡面、密封锥面、退刀槽、参照API 5B加工连接内螺纹的顺序,可加工接箍2一端的接头,其中圆角13半径为0.62mm,密封锥面改变角度为0.6°;按同样的顺序和参数可加工接箍2的另一端接头。

Claims (10)

1.一种低应力高密封性能的油套管用金属密封接头,包括有一带外螺纹(3)的管体(1)和带内螺纹(9)的接箍(2),其特征在于,接箍(2)两端结构相对称,在接箍(2)中间的内螺纹(9)的端部有金属内密封面(11),内螺纹(9)通过退刀槽(10)与内密封面(11)相连,与内密封面(11)相邻的端部设有内扭矩台肩(14),内圆柱面(12)是从内密封面(11)到内扭矩台肩(14)的过渡面,更靠近管体 (1)端部设有外密封面(5),在管体(1)的端部设有外扭矩台肩(8),外螺纹(3)与外密封面(5)之间设有过渡锥面(4),外圆柱面(6)是从外密封面(5)到外扭矩台肩(8)的过渡面。
2.根据权利要求1所述的一种低应力高密封性能的油套管用金属密封接头,其特征在于,外密封面(5)的主要密封锥面与管体(1)的轴向角a为16°,在密封直径检测点(16)左侧0.1mm 的转折点(17)处,外密封面(5)的密封锥面角v为15°~15.8°,内密封面(11)的主要密封锥面与管体(1)的轴向角b为16°,在密封直径检测点(15)右侧0.1mm的转折点(18)处,内密封面(11)的密封锥面角y为15°~15.8°。
3.根据权利要求1所述的一种低应力高密封性能的油套管用金属密封接头,其特征在于,所述的外圆柱面(6)与外扭矩台肩(8)之间的圆角(7)的半径为1~1.3mm,外扭矩台肩(8)与管体(1)接头处的径向的夹角θ为逆向1°~3°。
4.根据权利要求1所述的一种低应力高密封性能的油套管用金属密封接头,其特征在于,所述的内圆柱面(12)与内扭矩台肩(14)之间的圆角(13)的半径为0.4~0.8mm,内扭矩台肩(14)与管接头径向的夹角β为逆向1°~3°。
5.根据权利要求1所述的一种低应力高密封性能的油套管用金属密封接头,其特征在于,所述的外密封结构包括过渡锥面(4)、外密封面(5)、外圆柱面(6)、圆角(7)和外扭矩台肩(8),其长度L为8~15mm,外密封面(5)距外扭矩台肩(8)的长度H为4~8mm。
6.根据权利要求1所述的一种低应力高密封性能的油套管用金属密封接头,其特征在于,所述的退刀槽(10)、内密封面(11)、内圆柱面(12)、圆角(13)和内扭矩台肩(14) 组成内密封结构,其长度K为8~15mm,内密封面(11)距内扭矩台肩(14)的长度F为4~8mm。
7.根据权利要求1所述的一种低应力高密封性能的油套管用金属密封接头,其特征在于,所述的外密封面(5)的控制点距端部外扭矩台肩(8)的距离为4~8mm。
8.根据权利要求1所述的一种低应力高密封性能的油套管用金属密封接头,其特征在于,所述的起连接作用的外螺纹(3)、内螺纹(9)为符合API标准的偏梯形螺纹。
9.根据权利要求1所述的一种低应力高密封性能的油套管用金属密封接头,其特征在于,所述的内密封面(11)、外密封面(5)的长度为8~15mm,内密封面(11)的控制点距内扭矩台肩(14)为4~8mm,外密封面(5)的控制点距端部外扭矩台肩(8)的距离为4~8mm。
10.根据权利要求1所述的一种低应力高密封性能的油套管用金属密封接头,其特征在于,所述的外螺纹(3)与过渡锥面(4)连接处的螺纹端部的倾角为30°。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104373057A (zh) * 2014-11-28 2015-02-25 中国石油天然气集团公司 一种低压气田水平井用气密封螺纹接头套管
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