CN205387913U - 双级台阶式密封特殊扣连接结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供双级台阶式密封螺纹连接结构，该结构包括有一个端部带有外螺纹的套管和一个带有内螺纹的接箍旋合拧接，所述套管外螺纹和接箍的内螺纹的密封部位的形状均为上下二级台阶状，上级台阶和下级台阶均由一个顶面和一个侧面组成。有益效果是通过将密封面和台肩设计为一定间隔距离，降低密封面所受到轴向压缩力的影响，使得使得双级台阶式密封特殊扣连接的密封面所受的复合应力值降低，因此其抗粘扣能力得以增强，同时接头在受到高压缩，高过扭受力时，密封面材料不会轻易发生局部屈服变形，以此能保证设计的气密封能力不发生降低。

Description

双级台阶式密封特殊扣连接结构

技术领域

本实用新型涉及一种双级台阶式密封连接结构。

背景技术

石油天然气在世界能源乃至整个经济领域均占有极其重要的战略地位，伴随着世界经济的快速发展以及对能源需求的不断增加，石油天然气的勘探开发力度也在不断加大。随着地质结构的愈加复杂和钻井深度的不断增加，加上成本因素，国内外各大油田对油井管的使用性能、安全可靠性以及性价比等提出了更高的要求。

在石油及天然气钻采行业，油井管的市场需求量非常巨大。有关统计显示，包括构成油气井主体结构的套管及采油、采气用油管在内，全世界每年油井管的需求量超过一千万吨。

长期以来，符合API(AmericanPetroleumInstitute－美国石油学会)标准规范的管螺纹(简称API螺纹)油井管由于具有技术成熟、通用性强、易于加工等优点，一直被广泛应用。但API螺纹由于结构设计方面的原因，存在着许多难以克服的性能缺陷，如：API圆螺纹的抗拉强度较低、气密封性能及抗粘扣性能较差，易粘扣；API偏梯形螺纹虽然抗拉强度较高，但螺纹接头的气密封性能与API圆螺纹相比却有所降低，抗粘扣性能虽稍好于API圆螺纹，但仍然不是十分理想。

基于API圆螺纹、偏梯螺纹存在的性能缺陷，国内外主要的油井管生产厂也都相继开发了各自的特殊扣螺纹来替代普通的API螺纹，大部分为带有端部金属密封结构的气密封特殊扣产品，密封部位由紧邻的密封面及扭矩台肩组成，其中密封面为锥面或球面，内外接头密封面在上扣后达到径向过盈，一次来达到气密封的目的；内外接头的台肩面在上扣后达到轴向过盈，一方面能保证内外接头上扣位置的准确性，另一方面能提供一定的抗压缩能力和抗过扭能力。但是此设计存在以下弊端：

1、紧邻的密封面和台肩面受力会互相影响，在内外接头上扣后整个密封鼻端同时受到轴向的压缩力和径向的密封过盈力，其中径向的密封过盈力大小是由设计的密封过盈量大小决定的，变化不大；但是轴向的压缩力会随着整体接头所受的压缩或过扭力升高而随之升高，当接头处于高压缩或高过扭的状态时，鼻端等效受力很容易达到材料的屈服强度，从而导致密封部位发生形变，密封面无法达到设计的压力值，因此管串中的气体发生泄漏。

2、在内外接头上扣过程中，当台肩产生过盈时会产生一定的轴向压缩力，此时内外接头的密封面仍处于滑动摩擦状态，密封面所受的等效应力大小将会直接影响密封面的抗粘扣能力，所受应力越大，密封面越容易发生粘扣。因此台肩产生的压缩力将会降低接头密封面的抗粘扣能力。

发明内容

针对现有技术中结构上的不足，本实用新型的目的是提供一种双级台阶式密封连接结构，以利于改善常规特殊扣螺纹在受到压缩或过扭时气密封能力不足，以及上扣过程中密封面容易产生粘扣的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是提供双级台阶式密封螺纹连接结构，该结构包括有一个端部带有外螺纹的套管和一个带有内螺纹的接箍旋合拧接，其中：所述套管外螺纹和接箍的内螺纹的密封部位的形状均为上下二级台阶状，上级台阶和下级台阶均由一个顶面和一个侧面组成。

所述套管外螺纹和接箍的内螺纹密封部位的上级台阶顶面在公母螺纹上扣后达到径向过盈，以保障接头具有气密封能力；所述内外螺纹密封部位的下级台阶的侧面在上扣后达到轴向过盈，以保证旋合拧接部位准确的上扣位置及一定的抗压缩抗过扭能力。

本实用新型的效果是通过将密封面和台肩设计为一定间隔距离，密封面只承担径向过盈力，台肩面主要承担轴向压缩力或过扭导致的压缩力，来降低密封面所受到轴向压缩力的影响，使得使得双级台阶式密封特殊扣连接的密封面所受的复合应力值降低，因此其抗粘扣能力得以增强，同时接头在受到高压缩，高过扭受力时，密封面材料不会轻易发生局部屈服变形，以此能保证设计的气密封能力不发生降低。

附图说明

图1是本实用新型的双台阶密封连接结构示意图。

A、外螺纹密封部位B、内螺纹密封部位

C、上级台阶顶面密封面D、下级台阶侧面台肩面

E、上级台阶侧面F、下级台阶顶面

具体实施方式

结合附图对本实用新型的双台阶密封连接结构加以说明。

本实用新型对油套管特殊扣的鼻端密封位置进行了优化设计，常规特殊扣的密封面鼻端采取紧邻的密封面和台肩设计方式，这种方式在接头受到高压缩或高过扭受力时，密封面处于高应力状态，加上本身径向过盈所造成的应力，导致等效复合应力过高超过材料的屈服强度，发生变形从而导致气密封能力失效，同时高应力也影响了上扣过程中密封面的抗粘扣能力。

本实用新型的双台阶密封连接结构是，该结构包括有一个端部带有外螺纹的套管和一个带有内螺纹的接箍旋合拧接，所述套管外螺纹密封部位A和和接箍的内螺纹密封部位B的形状均为上下二级台阶状，上级台阶由一个顶面C和一个侧面E组成，下级台阶由一个顶面F和一个侧面D组成。

所述套管外螺纹和接箍的内螺纹密封部位的上级台阶顶面C在公母螺纹上扣后达到径向过盈，以保障接头具有气密封能力；所述内外螺纹密封部位的下级台阶的侧面D在上扣后达到轴向过盈，以保证旋合拧接部位准确的上扣位置及一定的抗压缩抗过扭能力。

所述套管外螺纹和接箍的内螺纹上扣后，所述上级台阶顶面C为双级台阶式密封螺纹连接结构的金属对金属过盈密封面，过盈量为0.3mm-0.5mm；下级台阶侧面D为双级台阶式密封螺纹连接结构的对顶台肩面，过盈量为0.10mm-0.20mm。

所述套管外螺纹和接箍的内螺纹的上级台阶侧面之间和下级台阶顶面在内外螺纹上扣后均含有间隙，所述上级台阶侧面E间隙量为0.05mm-0.15mm，下级台阶顶面F的间隙量为0.2mm-0.3mm。

本实用新型的双台阶密封连接结构功能是这样实现的：

如图1所示，通过图纸设计和数控车丝机加工来精确控制外螺纹密封和内螺纹密封的具体尺寸，外螺纹和内螺纹进行上扣时，上台阶顶面C的密封面逐渐达到径向过盈，通过控制机加工尺寸使得轴向过盈量控制在0.3mm-0.5mm之间，此径向过盈是保证整个接头结构达到气密封能力的关键之处，如果该密封面C在上扣或者后续使用过程中发生粘扣或者局部材料屈服，那么整个接头的气密封能力就会收到影响甚至完全失效

在内螺纹和外螺纹上扣的最后阶段内螺纹接头和外螺纹接头的台肩部分D开始接触并产生轴向过盈，通过设定适当的最终上扣扭矩来控制台肩面D的轴向过盈量在0.1mm至0.2mm之间，此时台肩面受到一定的轴线压缩力，密封面C在受到径向过盈力的同时，内外接头的密封面彼此之间进行滑动摩擦，滑动摩擦时有可能会导致材料表面局部应力过大而发生屈服，从而导致整个密封面发生粘扣。双台阶密封设计将台肩面D和密封面C进行了隔开处理，此时台肩面D所受的轴向压缩力不会对密封面C产生影响，密封面C的复合应力相对较低，就相对不容易发生粘扣现象。

上扣完成后密封面C依靠受到的径向过盈力将油气封堵在管串以内，以此达到气密封。之后在管串下放或后续使用过程中，由于井壁变形整个管串可能会遇到下放阻力，此时需要对管串施加向下的压力或者采取边旋转边下放的方式，此时接头受到高扭矩或高压缩受力，接头台肩面D的轴向应力将会增大，台肩面D的过盈量也随之增大，当过盈量达到0.30mm时，上级台阶的侧面E也开始接触，分担一小部分的压缩力，下级台阶的侧面台肩面D依然承担着大部分的压缩力，因此密封面的密封能力基本未受影响。

Claims (3)

1.一种双级台阶式密封螺纹连接结构，该结构包括有一个端部带有外螺纹的套管和一个带有内螺纹的接箍旋合拧接，其特征是：所述套管外螺纹和接箍的内螺纹的密封部位的形状均为上下二级台阶状，上级台阶和下级台阶均由一个顶面和一个侧面组成；

所述套管外螺纹和接箍的内螺纹密封部位的上级台阶顶面在公母螺纹上扣后达到径向过盈，以保障接头具有气密封能力；所述内外螺纹密封部位的下级台阶的侧面在上扣后达到轴向过盈，以保证旋合拧接部位准确的上扣位置及一定的抗压缩抗过扭能力。

2.根据权利要求1所述的双级台阶式密封螺纹连接结构，其特征是：所述套管外螺纹和接箍的内螺纹上扣后，所述上级台阶顶面为双级台阶式密封螺纹连接结构的金属对金属过盈密封面，过盈量为0.3mm-0.5mm；下级台阶侧面为双级台阶式密封螺纹连接结构的对顶台肩面，过盈量为0.10mm-0.20mm。

3.根据权利要求1所述的双级台阶式密封螺纹连接结构，其特征是：所述套管外螺纹和接箍的内螺纹的上级台阶侧面之间和下级台阶顶面在内外螺纹上扣后均含有间隙，所述上级台阶侧面间隙量为0.05mm-0.15mm，下级台阶顶面的间隙量为0.2mm-0.3mm。