CN212671596U - 一种带有螺纹的管状结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种带有螺纹的管状结构，包括：管体，管体的外表面包括光滑部和位于管体一端的螺纹部；螺纹部包括螺纹和凹槽，凹槽设置在螺纹和光滑部之间；凹槽环绕管体一周，凹槽用于减小螺纹部与接箍连接时产生的接触应力。本实用新型的带有螺纹的管状结构能够有效减小管状结构与接箍连接时产生的接触应力，从而缓解粘扣问题，延长管状结构的使用寿命。

Description

一种带有螺纹的管状结构

技术领域

本实用新型涉及石油行业，尤其涉及一种带有螺纹的管状结构。

背景技术

油管是由一根根管状结构串接而成的，各管状结构之间是通过管端和接箍间的内外螺纹连接。现有技术中，螺纹连接是油管的主要连接形式，据统计80％的油管失效部位均发生在螺纹连接部位。API油管螺纹是一种连接紧密、密封性能良好的螺纹，其优点是装配容易，连接强度高，能得到过盈的配合，不需要特殊的填料，靠螺纹的适当变形或涂以密封脂就能保证其密封性良好，并能迅速的安装和拆卸，因此，这种螺纹在石油行业和钻采设备制造行业被广泛使用。

近年来，随着油田的不断发展，深井和复杂井大量出现，加之恶劣的井下工况，使油管失效日益增多。油管的失效形式多样，如：疲劳断裂、腐蚀、粘扣、滑脱等，其中粘扣是其主要失效形式，即便是质量完全符合标准和油田订货技术协议的产品，在使用过程中也会发生粘扣现象，很大程度上缩短了油管的疲劳寿命，给油田带来了巨大的经济损失。

粘扣是油管最常见的损伤失效形式，轻者是螺纹表面损伤，影响反复上卸扣能力，降低油管的使用寿命；重者会在油管螺纹连接处发生泄漏，降低油管的密封性能和承载能力，甚至发生脱扣掉井事故，造成严重经济损失。提高油管螺纹的抗粘扣性能，不仅有益于油管制造企业，而且也有益于石油工业的发展。

因此，需要对油管进行改进。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种带有螺纹的管状结构，该管状结构可以用来输油，并且该管状结构能够有效减小管状结构与接箍连接时产生的接触应力，从而缓解粘扣问题。

本实用新型提供一种带有螺纹的管状结构，包括：包括管体，管体的外表面包括光滑部和位于管体一端的螺纹部；螺纹部包括螺纹和凹槽，凹槽设置在螺纹和光滑部之间；凹槽环绕管体一周，凹槽用于减小管状结构与接箍连接时产生的接触应力。

可选的，凹槽包括平切面和两个斜切面，两个斜切面分别设置在平切面的两端；

且其中一个斜切面靠近管体的光滑部，另一个斜切面靠近螺纹设置。

可选的，螺纹部的螺纹牙顶处于同一锥面上，且锥面的大端靠近光滑部。

可选的，靠近光滑部的斜切面与光滑部之间具有锥形面，锥形面的小端与斜切面相连，锥形面的大端与光滑部相连；

远离光滑部的斜切面到螺纹消失点平面的距离至少为两个牙型螺距。

可选的，平切面与螺纹部的牙顶锥面平行。

可选的，斜切面与螺纹的牙顶所在的锥面的夹角大于0°小于90°。

可选的，平切面到螺纹的牙顶所在的锥面的最小距离至少为半个牙型高度；

平切面到螺纹的牙顶所在的锥面的最大距离不超过一个牙型高度加0.5mm。

可选的，两个斜切面与螺纹的牙顶所在的锥面之间的夹角相同。

可选的，两个斜切面与螺纹的牙顶所在的锥面之间的夹角不同。

可选的，平切面与斜切面的连接处均设置有倒角，倒角用于减少平切面与斜切面连接处的集中应力；

倒角为圆弧倒角，圆弧倒角的半径的数值范围为0.2mm～2mm。

本实用新型提供的带有螺纹的管状结构，通过在管状结构的螺纹部设置凹槽，使管状结构的外螺纹与接箍的内螺纹啮合时，管状结构的外螺纹大端的齿顶与接箍的内螺纹的齿根不产生接触，从而有效的减小了管状结构和接箍连接时的接触应力，大大提高管状结构的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中油管外螺纹和接箍连接时的结构示意图；

图2是本实用新型的带有螺纹的管状结构的实施例一的结构示意图；

图3是本实用新型的带有螺纹的管状结构的实施例一的局部放大图；

图4是本实用新型的带有螺纹的管状结构的实施例一的管状结构和接箍连接时的结构示意图；

图5是本实用新型的带有螺纹的管状结构的实施例二的结构示意图；

图6是本实用新型的带有螺纹的管状结构的实施例三的构示意图。

附图标记说明：

1：接箍；

2：管体；

3：光滑部；

4：螺纹部；

5：螺纹；

6：凹槽；

7：平切面；

8：斜切面；

9：锥形面；

10：螺纹消失点平面；

11：倒角；

12：螺纹牙顶所在的锥面；

13：牙顶。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

近年来，随着油田的不断发展，深井和复杂井大量出现，加之恶劣的井下工况，使油管失效日益增多。油管的失效形式多样，如：疲劳断裂、腐蚀、粘扣、滑脱等，其中粘扣是其主要失效形式，即便是质量完全符合标准和油田订货技术协议的产品，在使用过程中也会发生粘扣现象，很大程度上缩短了油管的疲劳寿命，给油田带来了巨大的经济损失。为了改善这种情况，本实用新型实施例提供了一种带有螺纹的管状结构。

以下，对本实用新型实施例示例性的应用场景进行介绍。

图1是现有技术中油管外螺纹和接箍连接时的结构示意图；如图1所示，油管的管体2和接箍1之间螺纹连接，油管螺纹粘扣主要是由于齿面局部接触应力过大，在油管上扣过程中发生塑性变形引起的。油管在通过手紧和机紧后，对油管进行有限元计算，发现外螺纹的大端(靠近光滑部的一端)前五扣齿根处应力最大，特别是第一扣甚至超过了材料的屈服强度，而中间部分和外螺纹小端(远离光滑部的一端)应力相对较小。

因此，本实用新型的带有螺纹的管状结构通过在螺纹部靠近光滑部的一端设置了一个凹槽，该凹槽设置在螺纹和光滑部之间，凹槽环绕管体一周，这样当螺纹啮合时，在螺纹部外螺纹齿顶与内螺纹齿根处不产生接触，从而有效减小外螺纹大端的应力集中的问题，缓解粘扣问题。

实施例一

图2是本实用新型的带有螺纹的管状结构实施例一的结构示意图。如图2所示，本实施例中的带有螺纹的管状结构，可以包括管体2(参见下述图4所示)，管体2的外表面包括光滑部3和位于管体2一端的螺纹部4；螺纹部4可以包括螺纹5和凹槽6，凹槽6设置在螺纹5和光滑部3之间；凹槽6环绕管体2一周，凹槽6用于减小管状结构与接箍1连接时产生的接触应力。

需要说明的是，本实用新型的带有螺纹的管状结构可以用于石油输送的管道，并且本实用新型的带有螺纹的管状结构的螺纹符合API标准，通常油管和接箍配合使用，从而将一根根短油管连接成长的输送管道，其中油管和接箍都是符合API标准可以相互配合连接的标准件。

作为解释说明，油套管螺纹量规是石油钻采工程中要求高、用量大的深度机械加工产品。使用螺纹将单根油套管连接成为长达数千米能承受数百大气压的长管柱。1924年API制定了第一个油井管标准，油套管接头螺纹是每英寸10牙和每英寸8牙的V型螺纹，但后来被API8牙圆螺纹及偏梯型螺纹取代，并沿用至今。

APISPEC 5B标准规定常用套管螺纹为圆螺纹(简写CSG)和偏梯形螺纹(简写BCSG)。我国油气田通常普遍采用这两种螺纹接头。API圆螺纹量规有套管短圆螺纹量规(英文简写CSG)与套管长圆螺纹套管量规(LCSG)之分。油管圆螺纹量规英文简写为TBG，细分为不加厚油管螺纹量规(TBG)、外加厚油管螺纹量规(UP TBG)。

圆螺纹量规螺纹形式为无台肩锥管螺纹、需要有接箍连接，牙型为三角形、圆顶圆底，牙形角为60°，螺纹锥度为1:16，牙形角平分线与轴线垂直，当螺纹旋紧后，靠内外螺纹的牙侧面密封。

偏梯型螺纹量规是为了提高抗轴向拉伸或抗轴向压缩载荷能力，并提供泄漏抗力而设计，无台肩锥管螺纹、需有接箍连接，牙型为偏梯形、平顶平底。

本实用新型的实施例主要针对圆螺纹量规螺纹形式的进行说明。作为解释说明，螺纹包括五个要素：牙型、公称直径、线数、螺距(或导程)和旋向，其中，螺距(p)是相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离(参见2所示)，牙型高度为齿根到齿顶的垂直距离，用h_s表示(参见2所示)，其中h_s＝0.626p-0.178。

进一步的，本实用新型提供的带有螺纹的管状结构的凹槽6可以包括平切面7和两个斜切面8，两个斜切面8分别设置在平切面7的两端；并且其中一个斜切面8靠近管体2的光滑部3，另一个斜切面8靠近螺纹5设置，两个斜切面8和平切面7组成“U”型凹槽6结构。

需要说明的是，本实施例中的带有螺纹的管状结构可由带有API外螺纹的油管改造而来，即不需要改变原有的螺纹参数，直接在原有螺纹的基础上进行加工即可，不影响使用和修复，操作简单成本低廉。

图3为本实用新型的带有螺纹的管状结构的实施例一的局部放大图。图4是本实用新型的带有螺纹的管状结构的实施例一的管状结构和接箍连接时的结构示意图。如图2-4所示，在本实施例中，螺纹部4的螺纹牙顶13处于同一锥面上(如图2中的虚线)，且锥面的大端靠近光滑部3，平切面7与螺纹部4的螺纹牙顶所在的锥面12平行(如图3所示)。将平切面7设计成与螺纹牙顶所在的锥面12平行，可以有效减小加工难度，并且可以保证接箍1的内螺纹可以和管状结构的外螺纹平稳连接，更好的消除接触应力。

需要说明的是，平切面7与螺纹部4的螺纹牙顶所在的锥面12不一定要平行设置，平切面7与螺纹部4的螺纹牙顶所在的锥面12也可以不平行，这都是本实用新型的保护范围。

需要说明的是，经过有限元分析，螺纹部4和接箍1连接时产生的接触应力沿螺纹牙顶所在的锥面12并不是线性分布的，而且消除部分齿面上的接触应力并不会对其它齿面上的接触应力产生影响。也就是说，在螺纹部4设置的凹槽6在消除螺纹部4与接箍1的接触应力以后，不会增加其它齿面上的接触应力。

进一步的，如图3所示，靠近光滑部3的斜切面8与光滑部3之间具有锥形面9，锥形面9的小端与斜切面8相连，锥形面9的大端与光滑部3相连；远离光滑部3的斜切面8到螺纹消失点平面10的距离至少为两个牙型螺距。需要说明的是，牙型螺距为相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离，也就是螺纹参数中的螺距(p)，该锥形面9的高度为一个牙型螺距，也就是说凹槽6至少会导致一个齿面被切除，为了保证该管状结构的强度一般不会切除超过五个齿面。

如图3所示，在本实施例中，远离光滑部3的斜切面8到螺纹消失点平面10的距离为四个牙型螺距，由图3可知，本实施例中切除了螺纹部4大端的前三齿，这样就可以消除这三个齿面上的接触应力，从而有效缓解粘扣问题。

进一步的，如图3所示，斜切面8与螺纹牙顶所在的锥面12平行，斜切面8与螺纹牙顶所在的锥面12的夹角为θ，其中，θ小于90°，这样设置可以有效降低加工难度，减小应力集中，而且可以保证凹槽6两端的强度，避免该管状结构在凹槽6的起始处发生断裂，从而影响管状结构的正常使用。

进一步的，斜切面8与螺纹牙顶所在的锥面12的夹角θ大于0°小于90°，这样斜切面8的端部就不会出现直角，从而有效避免了应力集中问题，从而保证在设置凹槽6后不会因为增加凹槽6产生除粘扣以外的其它缺陷，进一步保证管状结构的使用寿命。

进一步的，平切面7到螺纹牙顶所在的锥面12的距离用h表示，如图3所示，平切面7到螺纹牙顶所在的锥面12的最小距离至少为半个牙型高度，从而保证能够将接触应力消除；并且平切面7到螺纹牙顶所在的锥面12的最大距离不超过一个牙型高度加0.5mm，以免凹槽6过深影响管状结构的强度，从而出现断裂的现象，进而影响使用寿命。

进一步的，在本实施例中，两个斜切面8与螺纹牙顶所在的锥面12之间的夹角θ相同。需要说明的是，两个斜切面8与螺纹牙顶所在的锥面12之间的夹角θ也可以不同，只要不产生应力集中，并能有效减小管状结构与接箍1之间的接触应力即可，并且该角度根据具体情况具体设计，只要在0°到90°之间即可。

进一步的，本实用新型的带有螺纹的管状结构，平切面7与斜切面8的连接处均设置有倒角11，该倒角11用于减少平切面7与斜切面8连接处的集中应力，从而可以提高该管状结构的强度。进一步的，该倒角11为圆弧倒角11，圆弧倒角11的半径的数值范围为0.2mm～2mm，需要说明的是，该倒角11的大小可根据斜切面8的大小和角度具体情况具体设定，只要在0.2mm～2mm之间即可。作为解释说明：该倒角11过大会导致凹槽6太大，进而影响管状结构和接箍1的连接稳定性；该倒角11过小，则起不到减小斜切面8和平切面7连接处应力集中的作用。

需要说明的是，本实用新型的带有螺纹的管状结构的凹槽6的大小可以根据管状结构的具体型号具体设定，只要深度和宽度不影响管状结构的强度即可。

本实用新型的带有螺纹的管状结构，通过在螺纹部4设置凹槽6来减小与接箍1的接触应力，进而减少粘扣的发生，这种在螺纹部4设置凹槽6的设计不仅适用于普通螺纹结构，也适用于不加厚油管螺纹、外加厚油管螺纹和整体接头油管螺纹，而且它们的螺距和牙型高度等均按API螺纹中规定参数设定。

需要说明的是，本实用新型的带有螺纹的管状结构，不仅可以用作输油管道，也可以作为其它物质的输送管道。只要是利用在其自身的螺纹上设置凹槽6结构以减少连接时的接触应力的技术方案均属于本实用新型的保护范围。

以下实施例二和实施例三为在实施例一的基础上进行的结构变化，详见下述描述。

实施例二

图5是本实用新型的带有螺纹的管状结构的实施例二的结构示意图。如图5所示，在本实施例中，该管状结构包括管体2，管体2的外表面包括光滑部3和位于管体2一端的螺纹部4；螺纹部4包括螺纹5和凹槽6，凹槽6设置在螺纹5和光滑部3之间；凹槽6环绕管体2一周，凹槽6用于减小管状结构与接箍1连接时产生的接触应力。进一步的，本实施例以外径为88.9mm的不加厚油管外螺纹为例来说明。以下表格1为不加厚油管螺纹尺寸的部分参数表。在本实施例中，该表格中的数据如下：

表1加厚油管螺纹尺寸的部分参数表

有上述表格可知，本实施例中的进一步的外径为88.9mm的不加厚油管外螺纹的牙型螺距为2.54mm，牙型高度为1.412mm。本实施例中的凹槽6为对称结构的“U”型凹槽6，两个斜切面8和螺纹牙顶所在的锥面12的夹角θ相同，而且在本实施例中该夹角θ为30°；本实施例中平切面7与螺纹牙顶所在的锥面12平行，并且平切面7到螺纹牙顶所在的锥面12的距离h为1.5mm，并且实施例中的两个斜切面8的外间距H为12.7mm，恰好为五个牙型螺距。平切面7和斜切面8之间设置有倒角11，倒角11的半径为1mm，该倒角11可以避免平切面7和斜切面8之间产生尖锐的角，从而有效避免应力集中，也就不会影响管状结构的强度。

本实施例中将凹槽6设计成了对称的结构，这样的设计可以使加工方便，节省加工时间，从而降低成本。

实施例三

图6是本实用新型的带有螺纹的管状结构的实施例二的结构示意图。如图6所示，在本实施例中，该管状结构包括管体2，管体2的外表面包括光滑部3和位于管体2一端的螺纹部4；螺纹部4包括螺纹5和凹槽6，凹槽6设置在螺纹5和光滑部3之间；凹槽6环绕管体2一周，凹槽6用于减小管状结构与接箍1连接时产生的接触应力。进一步的，本实施例以外径为88.9mm的加厚油管外螺纹为例来说明。作为解释说明，以下表格2为加厚油管螺纹尺寸的部分参数表。在本实施例中，该表格中的数据如下：

表2加厚油管螺纹尺寸的部分参数表

有上述表格可知，本实施例中的进一步的外径为88.9mm的加厚油管外螺纹的牙型螺距为3.175mm，牙型高度为1.810mm。

本实施例中的凹槽6为非对称结构的“U”型凹槽6，两个斜切面8和螺纹牙顶所在的锥面12的夹角θ不同，具体为靠近光滑部3的斜切面8垂直于管状结构的中心轴线，远离光滑部3的斜切面8与螺纹牙顶所在的锥面12的夹角θ为45°；本实施例中平切面7与螺纹牙顶所在的锥面12平行，并且平切面7到螺纹牙顶所在的锥面12的距离h为1.1mm(为牙型高度的60％)，并且实施例中的两个斜切面8的外间距H为15.875mm，恰好为五个牙型螺距。平切面7和斜切面8之间设置有倒角11，倒角11的半径为0.3mm，该倒角11可以避免平切面7和斜切面8之间产生尖锐的角，从而有效避免应力集中，也就不会影响管状结构的强度。

需要说明的是，本实用新型的带有螺纹的管状结构的凹槽6结构不限于以上三个实施例中的结构，其斜切面8和平切面7之间的角度只要在0°到90°之间即可，而且两个斜切面8和平切面7之间的夹角不一定相同，具体可根据具体情况具体设定，另外凹槽6的高度只要在半个牙型高度和一个牙型高度加0.5mm之间即可，因为凹槽6太小起不到减小接触应力的作用，太大会减小管状结构的强度。

本实用新型的带有螺纹的管状结构通过在螺纹部4设置凹槽6，使该管状结构与接箍1连接时，位于螺纹部4大端的齿面的接触应力消失，从而有效的减小外螺纹大端的应力集中的问题，缓解粘扣问题，进而提高输油管道的使用寿命，从而大大降低了修复或更换输油管道的成本。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种带有螺纹的管状结构，其特征在于，包括管体，所述管体的外表面包括光滑部和位于所述管体一端的螺纹部；

所述螺纹部包括螺纹和凹槽，所述凹槽设置在所述螺纹和所述光滑部之间；

所述凹槽环绕所述管体一周，所述凹槽用于减小所述管状结构与接箍连接时产生的接触应力。

2.根据权利要求1所述的带有螺纹的管状结构，其特征在于，所述凹槽包括平切面和两个斜切面，两个所述斜切面分别设置在所述平切面的两端；

且其中一个所述斜切面靠近所述管体的所述光滑部，另一个所述斜切面靠近所述螺纹设置。

3.根据权利要求2所述的带有螺纹的管状结构，其特征在于，所述螺纹部的螺纹牙顶处于同一锥面上，且所述锥面的大端靠近所述光滑部。

4.根据权利要求3所述的带有螺纹的管状结构，其特征在于，靠近所述光滑部的所述斜切面与所述光滑部之间具有锥形面，所述锥形面的小端与所述斜切面相连，所述锥形面的大端与所述光滑部相连；

远离所述光滑部的所述斜切面到所述螺纹的消失点平面的距离至少为两个牙型螺距。

5.根据权利要求2-4任一所述的带有螺纹的管状结构，其特征在于，所述平切面与所述螺纹部的牙顶锥面平行。

6.根据权利要求2-4任一所述的带有螺纹的管状结构，其特征在于，所述斜切面与所述螺纹的牙顶所在的锥面的夹角大于0°小于90°。

7.根据权利要求2-4任一所述的带有螺纹的管状结构，其特征在于，所述平切面到所述螺纹的牙顶所在的锥面的最小距离至少为半个牙型高度；

所述平切面到所述螺纹的牙顶所在的锥面的最大距离不超过一个牙型高度加0.5mm。

8.根据权利要求2-4任一所述的带有螺纹的管状结构，其特征在于，两个所述斜切面与所述螺纹的牙顶所在的锥面之间的夹角相同。

9.根据权利要求2-4任一所述的带有螺纹的管状结构，其特征在于，两个所述斜切面与所述螺纹的牙顶所在的锥面之间的夹角不同。

10.根据权利要求2-4任一所述的带有螺纹的管状结构，其特征在于，所述平切面与所述斜切面的连接处均设置有倒角，所述倒角用于减少所述平切面与所述斜切面连接处的集中应力；

所述倒角为圆弧倒角，所述圆弧倒角的半径的数值范围为0.2mm～2mm。

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