CN203531775U

CN203531775U - 具有三个扭矩台肩的圆柱螺纹接头

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Publication number: CN203531775U
Application number: CN201320529912.9U
Authority: CN
Inventors: 杨林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2023-08-29

Abstract

本实用新型涉及一种具有三个扭矩台肩的圆柱螺纹接头，它包括内螺纹件（1）以及外螺纹件（7），其特征在于所述内螺纹件（1）的内壁向外端依次加工有内直角台肩（2）、内密封锥面（3）、内螺纹（4）以及内斜台肩（6），所述内螺纹（4）分为两段，两段内螺纹（4）之间设置有内中间直角台肩（5），所述外螺纹件（7）相应位置的外壁向外端依次加工有外斜台肩（8）、外螺纹（9）、外密封锥面（11）以及外直角台肩（12），所述外螺纹（9）分为两段，两段外螺纹（9）之间设置有外中间直角台肩（10），所述内螺纹件（1）与外螺纹件（7）紧密配合。因此本实用新型具有抗扭能力强、密封性能好、应力分布合理、且能够快速上卸的优点。

Description

具有三个扭矩台肩的圆柱螺纹接头

技术领域

本实用新型涉及一种螺纹接头，尤其涉及一种具有三个扭矩台肩的圆柱螺纹接头，属于油井管螺纹连接技术领域。

背景技术

油、套管是开采石油和天然气所必须的石油专用管材，上百根油、套管通过螺纹连接起来，组成一个长达数千米的管柱，管柱需要承受很大的拉伸载荷和内部流体压力，接头部位是最为薄弱的环节，有很多失效事故都是发生在接头连接部位。因此，提高接头部位的连接性能是各个油、套管生产厂家特别关注的技术难题。目前，油、套管采用的接头通常是API接头。这种接头是一种标准接头，按照API（美国石油学会）标准加工制造。该接头具有很多优点，如技术成熟、加工简单等，但是该接头的缺点也很明显，主要缺点之一是抗扭性能差，扭矩完全由锥管螺纹承担；另外，接头应力集中非常严重，在啮合螺纹的两端，应力特别高，中间的啮合螺纹应力却很低，属于典型的马鞍形分布，因此极容易发生粘扣、应力腐蚀。API接头不能满足某些苛刻钻井条件的需求。

经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号为CN 200992958Y，公开日为2007年12月19日，实用新型专利名称为“一种双台肩抗扭接头”，该专利对现有技术进一步改进，提供了一种具有更高抗扭性能的油、套管螺纹接头，同时具有一定的密封性能。该接头设计有两个扭矩台肩，上扣扭矩由螺纹和两个扭矩台肩分担，因此抗扭性能高于API接头。同时，由于设计了专门的金属/金属密封结构，这种接头的密封性能尤其是气密封性能也得到加强。但是这种接头为锥管螺纹接头，没有解决接头的应力集中难题，容易粘扣失效，使用寿命有限。同时，上扣速度较慢，不能满足油田现场快速上卸扣的要求。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种抗扭能力强、密封性能好、应力分布合理、且能够快速上卸的具有三个扭矩台肩的圆柱螺纹接头。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种具有三个扭矩台肩的圆柱螺纹接头，它包括内螺纹件以及外螺纹件，所述内螺纹件的内壁向外端依次加工有内直角台肩、内密封锥面、内螺纹以及内斜台肩，所述内螺纹分为两段，两段内螺纹之间设置有内中间直角台肩，所述外螺纹件相应位置的外壁向外端依次加工有外斜台肩、外螺纹、外密封锥面以及外直角台肩，所述外螺纹分为两段，两段外螺纹之间设置有外中间直角台肩，所述内螺纹件与外螺纹件紧密配合，其中内螺纹件的内直角台肩、内中间直角台肩以及内斜台肩分别与外螺纹件的外直角台肩、外中间直角台肩以及外斜台肩接触，所述内密封锥面以及外密封锥面过盈配合，所述内螺纹以及外螺纹互相啮合。

所述内斜台肩由三段组成：45°的倒角段、斜段以及垂直段，倒角段的水平长度为A，垂直段的高度为B，斜段与垂线的夹角为θ；所述外斜台肩由两段组成：45°的倒角段以及斜段，倒角段的水平长度为A，斜段与垂线的夹角为θ，其中A=0.6～0.8mm，B=0.75mm，θ=30°。

所述内螺纹以及外螺纹均为圆柱直螺纹，螺距是4.234mm，所述内螺纹以及外螺纹的承载面角为β，导向面角为α，所述内螺纹齿高为h1，所述外螺纹齿高为h2，其中β=7～8°，α＝18～20°，h1=h2=1.32～1.35mm。

所述内中间直角台肩的高度为1.2～1.4mm，所述外中间直角台肩的高度为0.3～1.5mm。

所述内密封锥面长度为L1，锥面与水平线的夹角为γ；所述外密封锥面长度为L2，锥面与水平线的夹角为γ；其中γ=13～15°，L2=3.9～4.1mm，L1=L2+1.0mm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、接头设置有三个扭矩台肩，内斜台肩（外斜台肩）为主台肩、内中间直角台肩（外中间直角台肩）和内直角台肩（外直角台肩）为辅助台肩，三个台肩共同承担上扣扭矩，接头抗扭性能提高。

2、内、外螺纹均采用圆柱螺纹形式，拧紧后也不过盈，径向应力最大限度地减小，消除了螺纹的应力集中。

3、内、外螺纹由一段变成两段，使螺纹的上扣速度提高了一倍。

因此本实用新型具有抗扭能力强、密封性能好、应力分布合理、且能够快速上卸的优点。

附图说明

图1为本实用新型具有三个扭矩台肩的圆柱螺纹接头的结构示意图。

图2为本实用新型具有三个扭矩台肩的圆柱螺纹接头的内螺纹结构示意图。

图3为本实用新型具有三个扭矩台肩的圆柱螺纹接头的外螺纹结构示意图。

图4为本实用新型具有三个扭矩台肩的圆柱螺纹接头的内斜台肩结构示意图。

图5为本实用新型具有三个扭矩台肩的圆柱螺纹接头的外斜台肩结构示意图。

图6为本实用新型具有三个扭矩台肩的圆柱螺纹接头的内密封锥面结构示意图。

图7为本实用新型具有三个扭矩台肩的圆柱螺纹接头的外密封锥面结构示意图。

其中：

内螺纹件1、内直角台肩2、内密封锥面3、内螺纹4、内中间直角台肩5、内斜台肩6、外螺纹件7、外斜台肩8、外螺纹9、外中间直角台肩10、外密封锥面11、外直角台肩12

导向面角α、承载面角β、内螺纹齿高h1、外螺纹齿高h2

倒角水平长度A、垂直段高度B、斜段与垂线的夹角θ

内密封锥面长度L1、外密封锥面长度L2、锥面与水平线的夹角γ。

具体实施方式

参见图1~图7，本实用新型涉及的一种具有三个扭矩台肩的圆柱螺纹接头，它包括内螺纹件1以及外螺纹件7，所述内螺纹件1以及外螺纹件7直接加工在管子端部（加工前需要对管子端部墩粗处理），所述内螺纹件1的内壁向外端依次加工有内直角台肩2、内密封锥面3、内螺纹4以及内斜台肩6，所述内螺纹4分为两段，两段内螺纹4之间设置有内中间直角台肩5，所述外螺纹件7相应位置的外壁向外端依次加工有外斜台肩8、外螺纹9、外密封锥面11以及外直角台肩12，所述外螺纹9分为两段，两段外螺纹9之间设置有外中间直角台肩10。接头使用时，内螺纹件1与外螺纹件7紧密配合，其中内螺纹件1的内直角台肩2、内中间直角台肩5以及内斜台肩6分别与外螺纹件7的外直角台肩12、外中间直角台肩10以及外斜台肩8接触，以上三个扭矩台肩的接触承担上扣扭矩，内密封锥面3以及外密封锥面11过盈配合，起密封作用，内螺纹4以及外螺纹9互相啮合，起连接作用。

API螺纹没有扭矩台肩，上扣扭矩完全由锥管螺纹承担，因此螺纹应力水平高，且抗扭能力差，为了改进这一缺陷，现有专利技术则设置有1个或2个扭矩台肩，提高了接头的抗扭能力。而本实用新型专利，设置有三个扭矩台肩，在三个台肩中，内斜台肩6、外斜台肩8为主台肩，接头拧紧时首先接触，发生过盈配合，承担上扣扭矩，随着上扣过程的继续进行，内中间直角台肩5、外中间直角台肩10以及内直角台肩2、外直角台肩12也开始接触，分担增加的上扣扭矩。内斜台肩6由三段组成：45°的倒角段、斜段以及垂直段，倒角段的水平长度为A，垂直段的高度为B，斜段与垂线的夹角为θ；外斜台肩8由两段组成：45°的倒角段以及斜段，倒角段的水平长度为A，斜段与垂线的夹角为θ。其中A=0.6～0.8mm，B=0.75mm，θ=30°。经过这样改进，螺纹应力水平显著下降，接头的抗扭能力也明显提高。

为了进一步减少螺纹部位的应力集中，本新型接头不再采用普通的锥管螺纹形式，而是采用了圆柱直螺纹形式，内、外螺纹啮合后没有过盈量，属于间隙配合，不再产生恶性的径向应力，从而最大限度地减少了螺纹的应力集中。螺纹螺距是4.234mm，内、外螺纹的承载面角为β，导向面角为α，内螺纹齿高为h1，外螺纹齿高为h2，其中β=7～8°，α＝18～20°，h1=h2=1.32～1.35mm。较陡的承载面有利于提高螺纹的连接效率，而较平缓的导向面有利于对扣和上扣，内、外螺纹保持一定的间隙，则可以存储多余的螺纹脂，保护密封面。

为了提高上扣速度，将内螺纹从中间分为两段，两段内螺纹之间用一个高1.2～1.4mm的内中间直角台肩过渡，外螺纹也从中间分为两段，两段外螺纹之间用一个高0.3～1.5mm的外中间直角台肩过渡。由于内、外螺纹都从中间分成了两段，使接头的上扣速度提高了一倍，这样可以提高下井速度，便于用户节省操作时间，提高生产效率。

对于密封性能，本实用新型设计了专门的密封结构，锥面/锥面密封，内密封锥面3长度为L1，锥面与水平线的夹角为γ；外密封锥面11长度为L2，锥面与水平线的夹角为γ。其中γ=13～15°，L2=3.9～4.1mm，L1=L2+1.0mm。内密封锥面3与外密封锥面11发生过盈配合，作为主要密封结构，三个扭矩台肩发生轴向过盈配合，起辅助密封作用。这样，该接头具有多重密封结构，密封能力显著增强。

该具有三个扭矩台肩的圆柱螺纹接头可以取名为DL-TH6。

实施例1

本实用新型的第一个实施例为用于Ф60.3×6.45 mm的油管，钢级为P110。其内螺纹件及外螺纹件的几何尺寸包括外径、壁厚等均采用标准值，加厚部位的加厚尺寸值也采用API标准的规定。油管材料满足API标准对P110钢级油管材料的要求，其内螺纹和外螺纹均采用圆柱螺纹，螺纹每25.4mm有6牙（螺距是4.234mm）。内、外螺纹的承载面角为β=7.5°，导向面角为α=20°，内螺纹齿高为h1=1.325mm，外螺纹齿高为h2=1.325mm。同样规格、钢级的API油管，最多允许上、卸6次，接头就要报废，本实用新型至少允许上、卸50次。同时，接头连接强度大于管体，气密封能力达到142Mpa以上。

实施例2

本实用新型的第二个实施例为用于Ф73.0×8.64 mm的油管，钢级为C90。其内螺纹件及外螺纹件的几何尺寸包括外径、壁厚等均采用标准值，加厚部位的加厚尺寸值也采用API标准的规定。油管材料满足API标准对C90钢级油管材料的要求，其内螺纹和外螺纹均采用圆柱螺纹，螺纹每25.4mm有6牙（螺距是4.234mm）。内、外螺纹的承载面角为β=7.5°，导向面角为α=20°，内螺纹齿高为h1=1.325mm，外螺纹齿高为h2=1.325mm。同样规格、钢级的API油管，最多允许上、卸6次，接头就要报废，本实用新型至少允许上、卸50次。同时，接头连接强度大于管体，气密封能力达到128Mpa以上。

Claims

1.一种具有三个扭矩台肩的圆柱螺纹接头，它包括内螺纹件（1）以及外螺纹件（7），其特征在于所述内螺纹件（1）的内壁向外端依次加工有内直角台肩（2）、内密封锥面（3）、内螺纹（4）以及内斜台肩（6），所述内螺纹（4）分为两段，两段内螺纹（4）之间设置有内中间直角台肩（5），所述外螺纹件（7）相应位置的外壁向外端依次加工有外斜台肩（8）、外螺纹（9）、外密封锥面（11）以及外直角台肩（12），所述外螺纹（9）分为两段，两段外螺纹（9）之间设置有外中间直角台肩（10），所述内螺纹件（1）与外螺纹件（7）紧密配合，其中内螺纹件（1）的内直角台肩（2）、内中间直角台肩（5）以及内斜台肩（6）分别与外螺纹件（7）的外直角台肩（12）、外中间直角台肩（10）以及外斜台肩（8）接触，所述内密封锥面（3）以及外密封锥面（11）过盈配合，所述内螺纹（4）以及外螺纹（9）互相啮合。

2.根据权利要求1所述的一种具有三个扭矩台肩的圆柱螺纹接头，其特征在于所述内斜台肩（6）由三段组成：45°的倒角段、斜段以及垂直段，倒角段的水平长度为A，垂直段的高度为B，斜段与垂线的夹角为θ；所述外斜台肩（8）由两段组成：45°的倒角段以及斜段，倒角段的水平长度为A，斜段与垂线的夹角为θ，其中A=0.6～0.8mm，B=0.75mm，θ=30°。

3.根据权利要求1所述的一种具有三个扭矩台肩的圆柱螺纹接头，其特征在于所述内螺纹（4）以及外螺纹（9）均为圆柱直螺纹，螺距是4.234mm，所述内螺纹（4）以及外螺纹（9）的承载面角为β，导向面角为α，所述内螺纹（4）齿高为h1，所述外螺纹（11）齿高为h2，其中β=7～8°，α＝18～20°，h1=h2=1.32～1.35mm。

4.根据权利要求1所述的一种具有三个扭矩台肩的圆柱螺纹接头，其特征在于所述内中间直角台肩（5）的高度为1.2～1.4mm，所述外中间直角台肩（10）的高度为0.3～1.5mm。

5.根据权利要求1所述的一种具有三个扭矩台肩的圆柱螺纹接头，其特征在于所述内密封锥面（3）长度为L1，锥面与水平线的夹角为γ；所述外密封锥面（11）长度为L2，锥面与水平线的夹角为γ；其中γ=13～15°，L2=3.9～4.1mm，L1=L2+1.0mm。