CN203403832U - 气密封螺纹接头 - Google Patents

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本实用新型涉及一种气密封螺纹接头,它包括接箍(1)和管子(10),其特征在于所述接箍(1)的端部内表面从外至内依次设置有内螺纹(2)、第一退刀槽(3)、第一圆锥密封面(4)以及第一反向台肩(5),所述管子(10)的端部外表面从外至内依次设置外螺纹(9)、第二退刀槽(8)、第二圆锥密封面(7)和第二反向台肩(6),所述内螺纹(2)和外螺纹(9)、第一圆锥密封面(4)和第二圆锥密封面(7)、第一反向台肩(5)和第二反向台肩(6)分别形成过盈配合。该气密封螺纹接头具有容易加工,不存在应力集中,且具有更高气密封性能的优点。

Description

气密封螺纹接头
技术领域
本实用新型涉及一种用于石油和天然气开采的接头,尤其涉及一种气密封螺纹接头,属于石油管螺纹连接技术领域。
背景技术
石油油管和套管是开采石油和天然气所必需的石油专用管材,几百根油套管通过螺纹接头连接起来,组成几千米长的管柱,油套管柱不但要承受由于自重而产生的拉伸载荷,而且也要承受很高的内外压力,接头部位是整个管柱的薄弱环节,很容易发生接头断裂和泄漏失效。
目前,油套管采用的接头通常是API接头。API接头是一种标准接头,按照API(美国石油学会)标准加工和制造。其缺点是:1)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,接头拧紧后,内外啮合螺纹之间存在间隙,造成密封性能差,尤其是气密封性能更差,这种接头不能用于天然气井的开采;2)应力集中比较严重,寿命短。API螺纹既要承担密封功能,又要承担连接功能,螺纹拧紧后产生比较严重的应力集中,很容易发生粘扣失效。
随着钻井技术的进步,油气井的开采压力越来越高,一些高压油井、高压天然气井陆续投入开采。有些油气井的压力达到上百兆帕,这种情况下如果使用普通的油套管,接头部位往往就会发生泄漏,造成严重后果。因此,需要密封性能更好的接头才能满足使用要求。
经对现有技术文献的检索发现,中国专利授权公告号为CN 101696621 B,授权公告日为2012年5月16日,发明专利名称为“气密封螺纹接头”,该专利对上述API螺纹进行了改进。该接头包括有接箍的母螺纹和管子端部的公螺纹,所述接箍的母螺纹与管子端部的公螺纹相互配合,其中:所述接箍两端的母螺纹结构对称设置,每一端的母螺纹由偏梯形螺纹构成,在偏梯形螺纹前方设有直角扭矩台肩,每一端的母螺纹通过退刀槽与所述直角扭矩台肩相连接;在所述接箍的母螺纹的第4~7牙螺纹的其中一牙的位置上设有能阻止高压气体泄漏的突起螺纹部分,从而起到密封作用。所述接箍的母螺纹分为连接螺纹和突起螺纹两部分,采用连接强度好的偏梯形螺纹结构。该发明的效果是通过封堵油管和套管的公螺纹和母螺纹在旋紧配合后齿顶和齿底存在的泄漏通道,起到了密封作用。提高了螺纹的连接效率。同时螺纹的高度比同规格API螺纹的高度要高,提高了螺纹的连接强度。
与API接头相比,上述专利由于设计了连接螺纹和突起螺纹两部分,封堵了公螺纹和母螺纹在旋紧配合后齿顶和齿底存在的泄漏通道,因此可以起到密封作用。其不足之处是:
1、突起螺纹不容易检测和加工。依靠突起的螺纹堵塞泄漏通道,突起螺纹的加工要求很严,在母螺纹的第4~7牙螺纹的其中一牙的位置上设置突起螺纹,现有检测工具难以检测。
2、在啮合螺纹的局部存在严重的应力集中。突起螺纹与外螺纹配合处,会存在应力集中,对接头的使用不利。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述不足,提供一种容易加工,不存在应力集中,且具有更高气密封性能的气密封螺纹接头。
本实用新型的目的是这样实现的:
一种气密封螺纹接头,它包括接箍和管子,所述接箍的端部内表面从外至内依次设置有内螺纹、第一退刀槽、第一圆锥密封面以及第一反向台肩,所述管子的端部外表面从外至内依次设置外螺纹、第二退刀槽、第二圆锥密封面和第二反向台肩,所述内螺纹和外螺纹、第一圆锥密封面和第二圆锥密封面、第一反向台肩和第二反向台肩分别形成过盈配合。
作为一种优选,所述内螺纹与外螺纹均为偏梯形螺纹,偏梯形螺纹的承载面角为3°,偏梯形螺纹的导向面角为10°,所述外螺纹的齿高为h,h=0.9~1.6mm,内螺纹齿高为g,g=h+0.15mm。
作为一种优选,所述第一圆锥密封面和第二圆锥密封面的过盈量为0.3~0.6mm,所述第一反向台肩和第二反向台肩的过盈量为0.05~0.10mm,所述第一退刀槽和第二退刀槽之间存在间隙,该间隙大小为0.5~2.0mm。
作为一种优选,所述第一圆锥密封面和第二圆锥密封面与管子轴线的夹角均为β,β=3~30o,所述第一反向台肩和第二反向台肩与管子垂线的夹角为α,α=15~20o。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果是:
本实用新型设置有第一圆锥密封面和第二圆锥密封面的过盈配合形成主密封结构以及第一反向台肩和第二反向台肩的过盈配合形成台肩辅助密封结构。该接头通过增加金属/金属径向的主密封结构和台肩辅助密封结构的方法,在轴向封堵泄漏通道。同时优化圆锥密封面的角度β和反向台肩的角度α,使台肩辅助密封结构的密封效果提高,达到与主密封结构同样的密封效果。这样使接头具有多级密封,气密封能力明显提高。接头拧紧后,退刀槽形成一个螺纹脂存储槽,可以存储多余的螺纹脂,减小螺纹脂压力对密封面接触压力的不利影响。因此本实用新型具有容易加工,不存在应力集中,且具有更高气密封性能的优点。
附图说明
图1为本实用新型气密封螺纹接头接箍与管子连接结构示意图。
图2为本实用新型的接箍和管子连接处放大图。
其中:
接箍1、内螺纹2、第一退刀槽3、第一圆锥密封面4、第一反向台肩5、第二反向台肩6、第二圆锥密封面7、第二退刀槽8、外螺纹9、管子10、第一反向台肩和第二反向台肩与管子垂线的夹角为α、第一圆锥密封面和第二圆锥密封面与管子轴线的夹角为β。
具体实施方式
参见图1和图2,本实用新型涉及的一种气密封螺纹接头,它包括接箍1和管子10,所述接箍1的端部内表面从外至内依次设置有内螺纹2、第一退刀槽3、第一圆锥密封面4以及第一反向台肩5,所述管子10的端部外表面从外至内依次设置外螺纹9、第二退刀槽8、第二圆锥密封面7和第二反向台肩6。所述内螺纹2以及外螺纹9的锥度均为1:16,该接头的接箍1和管子10拧紧以后,内螺纹2和外螺纹9、第一圆锥密封面4和第二圆锥密封面7、第一反向台肩5和第二反向台肩6分别形成过盈配合。第一圆锥密封面4和第二圆锥密封面7的过盈量为0.3~0.6mm,第一反向台肩5和第二反向台肩6的过盈量为0.05~0.10mm。
与API螺纹的内、外螺纹既要起连接功能又要起密封功能相比,本实用新型的内螺纹2与外螺纹9只起连接功能,密封功能由第一圆锥密封面4和第二圆锥密封面7以及第一反向台肩5和第二反向台肩6承担,这为优化螺纹设计提供了更为广阔的空间。本实用新型的螺纹特征在于:内螺纹2与外螺纹9均为偏梯形螺纹,偏梯形螺纹的承载面角为3°,偏梯形螺纹的导向面角为10°,外螺纹9的齿高为h,h=0.9~1.6mm,内螺纹齿高为g,g=h+0.15mm。这种螺纹设计应力集中程度小,连接效率高,寿命长。
本实用新型的第一圆锥密封面4和第二圆锥密封面7的过盈配合形成主密封结构,这种密封结构容易加工,密封效果好。为了进一步提高主密封的密封效果,在接箍1的第一圆锥密封面4与内螺纹2之间设置有第一退刀槽3,在管子10的第二圆锥密封面7与外螺纹9之间设置有第二退刀槽8。第一退刀槽3和第二退刀槽8之间存在间隙,该间隙大小为0.5~2.0mm。在使用时,接头上的螺纹脂往往涂抹不太均匀,致使局部多余的螺纹脂被挤压在主密封面和台肩之间的狭小范围内,第一退刀槽3和第二退刀槽8之间形成的间隙可以作为螺纹脂存储槽,可以解决多余螺纹脂的问题。
本实用新型的第一反向台肩5和第二反向台肩6的过盈配合形成台肩辅助密封结构,台肩辅助密封结构不但可以起到良好的辅助密封效果,而且对主密封结构也有很大的影响,为了最大限度地提高密封效果,第一圆锥密封面4和第二圆锥密封面7与管子10轴线的夹角均为β,β=3~30o;第一反向台肩5和第二反向台肩6与管子10垂线的夹角为α,α=15~20o。这样可使台肩辅助密封结构的效果最好,具有与主密封结构同样的密封抗力。
因此本实用新型的密封可靠性大大增加,气密封抗力可以达到管体内壁屈服压力。
实施例一
采用Ф88.9×7.34 mm的油管,钢级为N80。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,油管材料满足API标准对N80钢级油管材料的要求,其内螺纹2的齿高为1.21mm,外螺纹9的齿高为1.06mm,导向面角10°,承载面角3°,锥度1:16,β=30o,α=20o。第一圆锥密封面4和第二圆锥密封面7的过盈量为0.5mm,第一反向台肩5和第二反向台肩6的过盈量为0.075mm,第一退刀槽3和第二退刀槽8之间的间隙大小0.8mm。该接头的气密封抗力可达79.7MPa以上。
实施例二
采用Ф177.8×10.36mm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,油管材料满足API标准对P110钢级油管材料的要求,其内螺纹2的齿高为1.78mm,外螺纹9的齿高为1.63mm,导向面角10°,承载面角3°,锥度1:16,β=3o,α=15o。第一圆锥密封面4和第二圆锥密封面7的过盈量为0.5mm,第一反向台肩5和第二反向台肩6的过盈量为0.08mm,第一退刀槽3和第二退刀槽8之间的间隙大小1.1mm。该接头的气密封抗力可达77.3MPa以上。

Claims (5)

1.一种气密封螺纹接头,它包括接箍(1)和管子(10),其特征在于所述接箍(1)的端部内表面从外至内依次设置有内螺纹(2)、第一退刀槽(3)、第一圆锥密封面(4)以及第一反向台肩(5),所述管子(10)的端部外表面从外至内依次设置外螺纹(9)、第二退刀槽(8)、第二圆锥密封面(7)和第二反向台肩(6),所述内螺纹(2)和外螺纹(9)、第一圆锥密封面(4)和第二圆锥密封面(7)、第一反向台肩(5)和第二反向台肩(6)分别形成过盈配合。
2.根据权利要求1所述的一种气密封螺纹接头,其特征在于所述内螺纹(2)与外螺纹(9)均为偏梯形螺纹,偏梯形螺纹的承载面角为3°,偏梯形螺纹的导向面角为10°,所述外螺纹(9)的齿高为h,h=0.9~1.6mm,内螺纹齿高为g,g=h+0.15mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种气密封螺纹接头,其特征在于所述第一圆锥密封面(4)和第二圆锥密封面(7)的过盈量为0.3~0.6mm,所述第一反向台肩(5)和第二反向台肩(6)的过盈量为0.05~0.10mm,所述第一退刀槽(3)和第二退刀槽(8)之间存在间隙,该间隙大小为0.5~2.0mm。
4.根据权利要求1或2所述的一种气密封螺纹接头,其特征在于所述第一圆锥密封面(4)和第二圆锥密封面(7)与管子(10)轴线的夹角均为β,β=3~30o,所述第一反向台肩(5)和第二反向台肩(6)与管子(10)垂线的夹角为α,α=15~20o。
5.根据权利要求3所述的一种气密封螺纹接头,其特征在于所述第一圆锥密封面(4)和第二圆锥密封面(7)与管子(10)轴线的夹角均为β,β=3~30o,所述第一反向台肩(5)和第二反向台肩(6)与管子(10)垂线的夹角为α,α=15~20o。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104613256A (zh) * 2015-02-12 2015-05-13 唐山冀东石油机械有限责任公司 油田用高压注水管道
CN105386728A (zh) * 2015-12-07 2016-03-09 西安三环科技开发总公司 高分子聚乙烯内衬油管专用接箍
CN108518184A (zh) * 2018-03-26 2018-09-11 天津商业大学 一种油井管与接箍的新型连接结构

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