CN203285354U - 石油套管螺纹接头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种石油套管螺纹接头，包括外螺纹件和内螺纹件，所述外螺纹件的外壁上设有外螺纹，所述内螺纹件的内壁上设有内螺纹，所述外螺纹靠近端部设有第一台肩、圆弧密封面和外锥面密封面，所述内螺纹上设有第二台肩、内锥面密封面和内反向扭矩台肩，所述内锥面密封面与圆弧密封面和外锥面密封面构成主密封面，内锥面密封面与圆弧密封面过盈配合，所述内反向扭矩台肩和外反向扭矩台肩构成第一辅助密封，所述第二台肩和第一台肩构成第二辅助密封。该螺纹接头结构更简单、密封性更好。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种石油套管特殊螺纹接头，具体涉及一种用于高温高压工况的石油套管螺纹接头。
背景技术
在石油、天然气工业发展过程中，套管是石油及天然气开采中用量最大的一种管材，它是靠管端和接箍间的螺纹旋合从而将一根根钢管串接深入井下进行工作的。如今套管的损坏除错断、变形、射孔开裂和应力腐蚀以外，就是套管接头螺纹泄漏和脱扣失效，尤其是深井和超深井较严重。据统计，套管失效事故有80%以上发生在螺纹连接处。随着深井和复杂地形条件存在的地层情况大量出现，恶劣的井下工况对套管接头提出了更高的要求，按API标准生产的螺纹接头已难以满足油井的需求。
为改善套管螺纹连接性能，现有技术出现一种石油套管螺纹接头。该螺纹接头包括外螺纹件和内螺纹件，外螺纹件是管体的一端，内螺纹件是接箍的一端；所述接箍内螺纹外径靠近端部有腰部沟槽结构；管体部分螺纹和管接箍部分螺纹的锥度采用三段式锥度；所述外螺纹端部有一个半径R的圆弧形密封面和锥面密封面，所述内螺纹尾部为锥面密封面，所述外螺纹端部半径为R的圆弧形密封面和锥面密封面与内螺纹的锥面密封面过盈配合形成主密封结构；所述外螺纹端部有一个反向扭矩台肩，同样在内螺纹尾部有一相配的反向扭矩台肩，此两相配的反向扭矩台肩构成辅助密封结构。该石油套管螺纹接头存在的缺点是：结构比较复杂，而且密封性不够好，容易发生泄漏。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，提供一种结构更简单、密封性更好的石油套管螺纹接头。所述石油套管螺纹接头尤其可用于高温高压的工况中。
本实用新型的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的石油套管螺纹接头，包括外螺纹件和内螺纹件，所述外螺纹件的外壁上设有外螺纹，所述内螺纹件的内壁上设有内螺纹，所述外螺纹和内螺纹均为两段式锥度螺纹；所述外螺纹靠近端部设有第一台肩、圆弧密封面和外锥面密封面，所述外螺纹的外端部设有外反向扭矩台肩；所述内螺纹上设有与第一台肩配合的第二台肩，所述内螺纹靠近内端部设有内锥面密封面，所述内螺纹的内端设有与内锥面密封面末端连接的内反向扭矩台肩；所述内锥面密封面与圆弧密封面和外锥面密封面构成主密封面，内锥面密封面与圆弧密封面过盈配合，所述内反向扭矩台肩和外反向扭矩台肩构成第一辅助密封，所述第二台肩和第一台肩构成第二辅助密封。
与现有技术相比，本实用新型的石油套管螺纹接头具有以下优点。由于本实用新型的内螺纹和外螺纹均为两段式锥度螺纹，与现有技术的三段式锥度螺纹相比，结构更简单，更容易加工，入扣深，装接更迅速方便。而且连接稳定，能够有效消除错扣现象。本实用新型的密封包括主密封面、第一辅助密封和第二辅助密封，与现有密封相比，密封性更好，更不容易发生泄漏。
作为本实用新型的一种改进，所述内螺纹件的外径上设有腰部沟槽，所述腰部沟槽靠近内螺纹的内端部。能很好地减少内螺纹件的刚性，而且方便连接。
作为本实用新型的一种优选，所述沟槽由底面和与底面连接的两个斜面构成。连接时防滑，能更好地连接。
作为本实用新型的另一种改进，所述内反向扭矩台肩包括第一锥面和第二锥面，第一锥面和第二锥面形成一个折弯面。折弯面与外反向扭矩台肩连接时能起到更好的密封作用。
作为本实用新型的另一种优选，所述外反向扭矩台肩与径向方向形成的夹角小于或等于第二锥面与径向方向形成的夹角。外反向扭矩台肩的外周面抵在折弯面上形成线密封，与要使外反向扭矩台肩与内反向扭矩台肩相比对加工精度要求更低，而且也能起到很好的密封作用。
作为本实用新型的还有一种优选，所述外反向扭矩台肩与径向方向形成的夹角为17°±1°，所述第二锥面与径向方向形成的夹角为19°±1°。密封性好而且加工难度较低。
作为本实用新型的还有一种改进，所述外螺纹的两段式锥度螺纹中靠近端部的螺纹锥度为1/20，另一段螺纹锥度为1/16。连接稳定。
作为本实用新型的还有一种优选，所述外螺纹的螺纹锥度公差为-0.0015mm/mm～0.0045mm/mm。保证良好的密封性能和连接稳定。
作为本实用新型的还有一种优选，所述内螺纹的螺纹锥度与外螺纹的螺纹锥度对应相等，所述内螺纹的螺纹锥度公差为-0.0025mm/mm～0.0045mm/mm。保证良好的密封性能和连接稳定。
附图说明
图1所示是本实用新型石油套管螺纹接头的一种具体实施例。
图2所示是本实用新型的另一种具体实施例。
图3所示是本实用新型的还有一种具体实施例。
图4所示是本实用新型的还有一种具体实施例。
图5所示是本实用新型的还有一种具体实施例。
图6所示是本实用新型的还有一种具体实施例。
图7所示是本实用新型的还有一种具体实施例。
图中所示：1、外螺纹件，2、内螺纹件，3、外螺纹，3.1、第一台肩，3.2、圆弧密封面，3.3、外锥面密封面，3.4、外反向扭矩台肩，4、内螺纹，4.1、第二台肩，4.2、内锥面密封面，4.3、内反向扭矩台肩，4.3.1、第一锥面，4.3.2、第二锥面，5、沟槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
图1所示为本实用新型的一种具体实施例。在该实施例中，本实用新型的石油套管螺纹接头，包括外螺纹件1和内螺纹件2，外螺纹件1是套管管体的一端，内螺纹件2是接箍的一端。所述外螺纹件1的外壁上设有外螺纹3，所述内螺纹件2的内壁上设有内螺纹4，所述外螺纹3和内螺纹4均为两段式锥度螺纹；所述外螺纹3靠近外端部设有高度为2.3mm±0.1mm的第一台肩3.1，所述外螺纹3靠近外端部设有外锥面密封面3.3和半径为R的圆弧密封面3.2，所述外螺纹3的外端部设有外反向扭矩台肩3.4；所述内螺纹4上设有与第一台肩3.3配合的第二台肩4.1，所述内螺纹4靠近内端部设有内锥面密封面4.2，所述内螺纹4的内端设有内反向扭矩台肩4.3；所述内锥面密封面4.2与圆弧密封面3.2和外锥面密封面3.3构成主密封面，内锥面密封面4.2与圆弧密封面3.2过盈配合，所述内反向扭矩台肩4.3和外反向扭矩台肩3.4构成第一辅助密封，所述第二台肩4.1和第一台肩3.1构成第二辅助密封。
作为本实用新型的另一种实施例。如图2所示，套管管体的外螺纹3和接箍的内螺纹4均采用改进的偏梯形螺纹结构。在该实施例中，图1中的B点为两段锥度螺纹的结合点，在结合点处采用圆弧过渡，减少应力集中，其中螺纹锥度长度中L1>L2。
当套管管体的外螺纹3与接箍的内螺纹4啮合时，两者齿高存在一定的间隙。在本实施例中，外螺纹3的齿高h1=1.73mm，中心螺距为p1=6.62mm；内螺纹4的齿高为h2=1.75mm，中心螺距为p2=6.64mm，这样不会产生粘扣现象。同时也不会产生较大的径向应力。螺纹承载面角度为β=-3°，螺纹导向面角度为γ=10°，采用负角度承载面避免了螺纹的滑脱。
如图3所示为本实用新型的还有一种实施例，主密封面采用锥面-球面密封结构。其中，套管管体的外螺纹3上设有半径是R的MS圆弧线段；接箍内螺纹上采用锥面M′S′。配合时有一定的过盈量，使密封更加紧密。
如图4所示为本实用新型的还有一种实施例，第一辅助密封采用反向扭矩台肩结构。所述内反向扭矩台肩4.3包括第一锥面4.3.1和第二锥面4.3.2，第一锥面4.3.1和第二锥面4.3.2形成一个折弯面。换句话说，所述第一锥面4.3.1与第二锥面4.3.2之间形成一定的夹角。
所述外反向扭矩台肩3.4与径向方向形成的夹角小于或等于第二锥面4.3.2与径向方向形成的夹角。
所述外反向扭矩台肩3.4与径向方向形成的夹角为17°±1°，所述第二锥面4.3.2与径向方向形成的夹角为19°±1°。其中要求θ2比θ1大2°～3°，优选夹角θ1=17°，θ2=19°。由于楔形作用，增强了螺纹接头的密封性能，能够很好的控制上扣扭矩作用。此外，此种结构还能够提高螺纹接头抗压缩、弯曲变形能力的作用，以及在高温高压油、气井中还可以吸收拉伸、压缩热应力产生的变形作用。
如图5所示为本实用新型的还有一种实施例，该实施例是对内螺纹件2进行改进。在所述内螺纹件2的外径上设有腰部沟槽5，所述腰部沟槽5靠近内螺纹4的内端部。所述沟槽5由球形底面和与底面连接的两个斜面构成。球形底面的半径R′。第一个斜面设在球形底面的左侧，与内螺纹件2的外表面形成一个τ1=13°的角度。这个角度为沟槽5的起始角度。第二个斜面设在球形底面的右侧，第二个斜面与内螺纹件2的外表面形成τ2=0.6τ1的角度。一般工作中作用在套管管体的外螺纹3上的应力要远远大于作用在接箍的内螺纹4上的应力。原因在于内螺纹件2比外螺纹件1具有更大的刚性。故可以通过修改接箍的内螺纹4的外径的几何形状，来减少内螺纹件2的刚性，从而减少应力，使外螺纹件1上的载荷分布更加均匀，使接头连接更稳定。
如图6为本实用新型的还有一种实施例。第二辅助密封距离套管管体的外螺纹3的端部L2/3处，所述外螺纹3的第一台肩3.1高度h大于外螺纹3的齿高h1，与所述外螺纹3的第一台肩3.1相配合的接箍的内螺纹4上的第二台肩4.1的高度h′大于外螺纹3的第一台肩3.1的高度h；其中h比h1高h1/2，h′比h高0.1mm～0.2mm。由于两级螺纹入扣深，装接迅速，连接稳定，能够有效消除错扣现象。因此在总扣数相同的情况下，上扣所需转数可减少50%。这样可进一步改善螺纹的受力情况。
如图7所示为本实用新型的还有一种实施例。接箍的内螺纹4的端部内侧和外侧均设有倒角，外侧倒角为φ1=45°，内侧倒角为φ2=15°，其中外侧倒角边长D为1mm～1.5mm，外侧倒角边长L3为3.5mm～5.5mm。由于在螺纹接头承载过程中，接箍的内螺纹4的受力情况较复杂，这一设计可进一步改善并调整接箍的内螺纹4的受力，亦减少内螺纹件2的刚性，从而减少应力，使外螺纹件1上的载荷分布更均匀。
作为本实用新型的优选，外螺纹3的两段式锥度螺纹中靠近端部的螺纹锥度为1/20，另一段螺纹锥度为1/16。
所述外螺纹3的螺纹锥度公差为-0.0015mm/mm～0.0045mm/mm。
所述内螺纹4的螺纹锥度与外螺纹3的螺纹锥度对应相等，所述内螺纹4的螺纹锥度公差为-0.0025mm/mm～0.0045mm/mm。
虽然已经结合具体实施例对本实用新型进行了描述，然而可以理解，在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进或替换。尤其是，只要不存在结构上的冲突，各实施例中的特征均可相互结合起来，所形成的组合式特征仍属于本发明的范围内。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (9)
1.一种石油套管螺纹接头，包括外螺纹件(1)和内螺纹件(2)，所述外螺纹件(1)的外壁上设有外螺纹(3)，所述内螺纹件(2)的内壁上设有内螺纹(4)，其特征在于，所述外螺纹(3)和内螺纹(4)均为两段式锥度螺纹；所述外螺纹(3)靠近端部设有第一台肩(3.1)、圆弧密封面(3.2)和外锥面密封面(3.3)，所述外螺纹(3)的外端部设有外反向扭矩台肩(3.4)；所述内螺纹(4)上设有与第一台肩(3.3)配合的第二台肩(4.1)，所述内螺纹(4)靠近内端部设有内锥面密封面(4.2)，所述内螺纹(4)的内端设有内反向扭矩台肩(4.3)；所述内锥面密封面(4.2)与圆弧密封面(3.2)和外锥面密封面(3.3)构成主密封面，内锥面密封面(4.2)与圆弧密封面(3.2)过盈配合，所述内反向扭矩台肩(4.3)和外反向扭矩台肩(3.4)构成第一辅助密封，所述第二台肩(4.1)和第一台肩(3.1)构成第二辅助密封。
2.根据权利要求1所述的石油套管螺纹接头，其特征在于，所述内螺纹件(2)的外径上设有腰部沟槽(5)，所述腰部沟槽(5)靠近内螺纹(4)的内端部。
3.根据权利要求2所述的石油套管螺纹接头，其特征在于，所述沟槽(5)由底面和与底面连接的两个斜面构成。
4.根据权利要求1所述的石油套管螺纹接头，其特征在于，所述内反向扭矩台肩(4.3)包括第一锥面(4.3.1)和第二锥面(4.3.2)，第一锥面(4.3.1)和第二锥面(4.3.2)形成一个折弯面。
5.根据权利要求4所述的石油套管螺纹接头，其特征在于，所述外反向扭矩台肩(3.4)与径向方向形成的夹角小于或等于第二锥面(4.3.2)与径向方向形成的夹角。
6.根据权利要求5所述的石油套管螺纹接头，其特征在于，所述外反向扭矩台肩(3.4)与径向方向形成的夹角为17°±1°，所述第二锥面(4.3.2)与径向方向形成的夹角为19°±1°。
7.根据权利要求1～6中任何一项所述的石油套管螺纹接头，其特征在于，所述外螺纹(3)的两段式锥度螺纹中靠近端部的螺纹锥度为1/20，另一段螺纹锥度为1/16。
8.根据权利要求7所述的石油套管螺纹接头，其特征在于，所述外螺纹(3)的螺纹锥度公差为-0.0015mm/mm～0.0045mm/mm。
9.根据权利要求8所述的石油套管螺纹接头，其特征在于，所述内螺纹(4)的螺纹锥度与外螺纹(3)的螺纹锥度对应相等，所述内螺纹(4)的螺纹锥度公差为-0.0025mm/mm～0.0045mm/mm。
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| CN104727757A (zh) * | 2015-02-26 | 2015-06-24 | 山东祺龙海洋石油钢管股份有限公司 | 双台阶特殊螺纹套管连接装置 |
| CN113833412A (zh) * | 2020-06-08 | 2021-12-24 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种螺纹接头 |
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