CN2700542Y - 一种热采井专用套管接头 - Google Patents

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Abstract

一种热采井专用套管接头，属石油套管螺纹连接技术领域，其特征是采用API偏梯形内、外螺纹，并由外密封柱面4和端面台肩5，内密封球面7和应力释放台肩8组成。该套管接头拧紧后，API偏梯形螺纹3和6可提供较高的连接强度，外密封柱面4和内密封球面7可提供良好的密封性能，端面台肩5和应力释放台肩8可有效缓解高温蒸汽产生的热应力。该套管接头抵抗热变形的能力强，连接强度高，在反复拉、压载荷下仍可保持良好的密封性能，可延长热采井套管的使用寿命，减少套管损坏。

Description

一种热采井专用套管接头
技术领域：
是一种螺纹接头，属石油套管螺纹连接技术领域，特别是一种热采井专用套管螺纹接头。
背景技术：
注蒸汽单井吞吐开采，是目前开采稠油的主要手段。开采时，高温(一般为350℃)、高压(一般为20Mpa)蒸汽从井口注入到井底，井底的稠油吸收热量后粘度降低，从而容易开采出来。在这种油井中，注蒸汽时，套管受热膨胀，采油时又变冷收缩，但套管受到地锚和井壁的约束，不能自由伸缩，于是套管内部就会产生很大的内应力。根据计算，这种应力非常大，超过了700Mpa。套管承受这种周期性的拉、压应力，很容易发生损坏，套管一旦损坏，常造成油井报废。
目前我国热采井油田如辽河油田、胜利油田等大多使用API圆螺纹套管和偏梯形螺纹套管。这种套管属于API标准套管，技术成熟，成本较低，目前仍在热采井中大量采用。但在热采井工况下，这两种套管都存在很多缺陷，容易从接头部位发生泄漏、滑脱、断裂等形式的失效。
为了克服这些缺点，后来出现了一些专利如中国专利ZL01118706.9和ZL00100635.5分别公布了一种稠油热采井用中等强度石油套管和一种稠油热采井用高强度石油套管。这两种套管通过对套管材料增加合金元素的方法，增加了Cr、Mo等合金元素的含量，从而在一定程度上提高了套管抵抗热变形的能力。但这两种套管的接头仍然采用API偏梯形螺纹和圆螺纹形式，这种螺纹形式上扣后整体应力水平高，在吸收热应力方面能力差。同时该螺纹的密封靠使用螺纹脂来实现，但在350℃高温下，螺纹脂已经失效，所以其密封性能也不可靠。由于该套管增加了合金元素，使成本有较大增加，也限制了这两种套管的使用。
又如中国专利95216740.9公布了一种套有保护环的热采井套管，将用橡胶等材料制成的保护环套于接箍上端面上，降低套管柱受热膨胀时接箍的上端面对水泥环台肩的推力，以及水泥环台肩对套管柱外壁的挤压力，达到保护套管不受损坏的目的。但这种方法不便于现场操作，下套管时钻井工人需要尽快将套管下入井下，没有时间套保护环。
发明内容：
本实用新型是要提供一种密封性能好，套管的使用寿命可显著延长，且操作方便，成本较低的一种热采井专用套管接头。
本实用新型所采取的技术方案：
本实用新型套管接头总体上为锥形螺纹接头，其锥度为1∶16。它由带外螺纹的管子和带内螺纹的接箍拧接在一起组成。螺纹牙型为API偏梯形螺纹。其中外螺纹为API偏梯形外螺纹并增加外密封柱面和端面台肩，内螺纹为API偏梯形内螺纹并增加内密封球面和应力释放台肩。该套管接头拧紧后，API偏梯形外螺纹和内螺纹相互啮合，可提供与管体相当的连接强度。外密封柱面和内密封球面形成过盈配合，其中外密封柱面的直径Do与内密封球面的直径Di满足如下关系：Do-Di＝0.14mm～0.32mm，从而保证了其良好的密封性能。接头拧紧后，端面台肩和应力释放台肩也形成过盈配合，其中台肩的应力槽深度d与台肩高度h满足如下关系：d＝h-(0.5mm～1.2mm)。台肩的宽度B与台肩高度h满足如下关系：B≥2.2h，从而保证该台肩可以有效地缓解高温蒸汽产生的热应力。
实施本实用新型后由于采用内螺纹球而、外螺纹柱面的密封形式，该密封结构在承受反复拉、压载荷时，接触压力保持不变，保证了接头在使用中的密封性能。同时由于添加了应力释放台肩设计，拉、压载荷不再由螺纹单独承担，而是由螺纹和该台肩共同分担，该接头可以很好地缓解套管的高温热应力。且操作方便，不增加油田现场操作的工作量。
总之使用本实用新型后密封性能提高，使用寿命延长，成本降低，是一个适合稠油开采的很好很实用的接头。
附图说明：
图1，为带内螺纹的接箍2与二个管子1拧接状态，分离示意的纵向局部剖示图。
图2，为图1局部放大示意图。
具体实施方式：
现结合附图对本实用新型作进一步说明，一种热采井专用套管接头，是一种其锥度为1∶16的锥形螺纹接头，由带外螺纹的管子1和带内螺纹的接箍2拧接而成。管子1的外螺纹由API偏梯形外螺纹3构成，其前端加工有外密封柱面4和端面台肩5，接箍2的内螺纹由API偏梯形内螺纹6构成，其后端加工有内密封球面7和应力释放台肩8；管子1的外密封柱面4和端面台肩5分别与接箍2的内密封球面7和应力释放台肩8形成过盈配合的紧密接触。
端面台肩5和应力释放台肩8，其紧密接触成过盈配合，其中台肩8的应力槽深度d与台肩高度h满足如下关系：d＝h-(0.5mm～1.2mm)。台肩8的宽度B与台肩高度h满足如下关系：B≥2.2h。外密封柱面4与内密封球面7其直径分别是Do和Di满足如下关系：Do-Di＝0.14mm～0.32mm。
实施例：
1、本设计的第一个实施例是用于Φ177.8×8.05mm的套管，钢级为N80。套管的外径为177.8mm，壁厚为8.05mm，材料特性：屈服强度σs＝670Mpa，抗拉强度为σb＝820Mpa。接箍外径194.4mm，总长度297mm；刻槽宽度16mm；刻槽深度2.65mm台肩厚度3.25mm；螺纹参数为API偏梯形螺纹。
2、本设计的第二个实施例是用于Φ139.7×7.72mm的套管，钢级为N80。套管的外径为139.7mm，壁厚为7.72mm，材料特性：屈服强度σs＝670Mpa，抗拉强度为σb＝820Mpa。接箍外径153.7mm，总长度275mm；刻槽宽度16mm；刻槽深度2.75mm；台肩厚度3.705mm；螺纹参数为API偏梯形螺纹。

Claims (3)

1、一种换采井专用套管接头，是一种其锥度为1∶16的锥形螺纹接头，由带外螺纹的管子(1)和带内螺纹的接箍(2)拧接而成，其特征在于：管子(1)的外螺纹由API偏梯形外螺纹(3)构成，其前端是外密封柱面(4)和端面台肩(5)，接箍(2)的内螺纹由API偏梯形内螺纹(6)构成，其后端是内密封球面(7)和应力释放台肩(8)；管子(1)的外密封柱面(4)和端面台肩(5)分别与接箍(2)的内密封球面(7)和应力释放台肩(8)形成过盈配合的紧密接触。
2、根据权利要求1所述的套管接头，其特征在于所述的端面台肩(5)和应力释放台肩(8)，其紧密接触成过盈配合，其中台肩(8)的应力槽深度d与台肩高度h满足如下关系：d＝h-(0.5mm～1.2mm)；台肩(8)的宽度B与台肩高度h满足如下关系：B≥2.2h。
3、根据权利要求1所述的套管接头，其特征在于：所述的外密封柱面(4)与内密封球面(7)其直径分别是D0和Di，满足如下关系：D0-Di＝0.14mm～0.32mm。
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