一種稠油熱採井用套管接頭的製作方法

2023-09-16 00:35:25 2

專利名稱：一種稠油熱採井用套管接頭的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種機械工程技術領域的管接頭，具體地說，是一種 開採稠油使用的套管接頭。
背景技術：
目前開採稠油主要採用注蒸汽單井吞吐的方法，具體做法是通過油層套
管不斷向地下注入350°C 400°C、 20MPa左右的高溫、高壓蒸汽，經過一段 時間以後，熱蒸汽使稠油融化，然後將融化的稠油抽到地面。在這種油井中， 為了防止套管受熱膨脹抬高井口，而使井口設備損壞，往往使用地錨將套管固 定，並對套管施加預拉力，使之不能自由伸縮。注蒸汽時套管受熱膨脹，產生 很大的壓縮載荷，採油時又因溫度降低而收縮，產生很大的拉伸載荷。套管在 反覆拉、壓載荷作用下，接頭很容易發生洩漏、脫扣等形式的損壞，熱採井套 管損壞問題是制約熱採井開採的重大技術難題。
目前開採稠油用的套管，接頭大多採用API圓螺紋接頭(見附圖1)或API 偏梯形螺紋接頭(見附圖2)，這兩種接頭按照API標準加工和生產，技術成熟， 成本比較低。其缺點是螺紋的承載面角分別為30°和3°，受到拉伸載荷時螺紋 承載面上會產生很大的徑向分力，使外螺紋件收縮，內螺紋件脹大；螺紋的導 向面角分別為30。和10°，受到壓縮載荷時螺紋導向面上也會產生很大的徑向分 力，使外螺紋件收縮，內螺紋件脹大，接頭在反覆的拉伸和壓縮載荷作用下， 內、外螺紋逐漸分離，無法密封住20MPa的高壓蒸汽而發生洩漏，並最終脫 扣而失效。
對現有技術文獻的檢索發現，中國專利公開號為CN 2700542Y的專利公開 了一種熱採井套管接頭，該專利
公開日為2005年5月18日，實用新型名稱為 一種熱採井專用套管接頭。該專利自述為 一種錐形螺紋接頭，其錐度為1:16。 它由帶外螺紋的管子和帶內螺紋的接箍擰接在一起組成。螺紋牙型為API偏梯 形螺紋。其中外螺紋為API偏梯形外螺紋並增加外密封柱面和端面臺肩，內螺 紋為API偏梯形內螺紋並增加內密封球面和應力釋放臺肩。該套管接頭擰緊後， API偏梯形外螺紋和內螺紋互相嚙合，可提供與管體相當的連接強度。外密封 柱面與內密封球面形成過盈配合，從而保證其良好的密封性能。與API接頭相 比，該專利的密封性能、抗熱應力的能力都有明顯提高。其不足之處是1) 螺紋為API偏梯形螺紋，受拉、壓載荷時會產生很大的徑向分力，接頭容易脫 扣；2)球面/柱面密封結構的接觸長度短，在圓周方向上有一處損壞，則密封 失效。 發明內容
本實用新型針對現有技術的不足，提供一種具有良好性能的熱採井套管接 ^-，使其具有良好的密封性能以及抗拉、壓載荷的能力，滿足稠油熱釆井的開 釆需要。
為了達到上述目的，本實用新型採用如下技術方案
本實用新型總體上為錐管螺紋連接，其錐度為l: 16，它由內螺紋件和外螺 紋件兩部分組成。其特徵為在內螺紋件上加工有鉤式內螺紋、內錐面密封結 構、內扭矩臺肩；在外螺紋件上加工有鉤式外螺紋、外錐面密封結構、外扭矩 臺肩。接頭使用時，鉤式內螺紋與鉤式外螺紋、內錐面密封結構與外錐面密封 結構、內扭矩臺肩與外扭矩臺肩分別形成過盈配合。
連接螺紋為鉤式螺紋，鉤式內螺紋的導向面角是10。，承載面角是-3° 5°，
螺紋高度1.675mm，螺距是每英寸(25.4mm) 5牙鉤式外螺紋的導向面角是 10°，承載面角是-3° -5°，螺紋高度1.575mm，螺距是每英寸(25.4mm) 5牙。 當接頭受拉伸載荷時，螺紋承載面緊緊咬合，不會產生任何徑向分力，從而避 免了接頭因脫扣而失效。螺紋導向面角設計為10°，使該接頭像API螺紋一樣 便於認扣，同時由於增加了扭矩臺肩，接頭受到壓縮載荷時，壓縮載荷由臺肩 和螺紋共同分擔，減少了徑向分力的產生。內、外螺紋高度不同，使外螺紋牙 頂與內螺紋牙底之間存在一定的間隙，可以儲存多餘的螺紋脂。
內扭矩臺肩與外扭矩臺肩設計為-9° -15。的反向臺肩，其分擔壓縮載荷、分 擔上扣扭矩和輔助密封的作用。
同時，在內扭矩臺肩與內螺紋之間加工有內錐面密封結構，內錐面密封結構 的錐度為1:9;在外扭矩臺肩與外螺紋之間加工有外錐面密封結構，外錐面密 封結構的錐度為1:10。由於密封錐面的長度較長(8mm 10mm)，與球面/柱面 密封結構相比，密封效果更好。同時，考慮到內錐面密封結構與外錐面密封結 構的變形抗力不同，將其錐度設置為不同數值，最大程度地保證了二者配合後， 整個錐面長度上都可以緊密接觸，使接觸壓力基本上均勻分布。 ，
與現有技術相比，本實用新型有顯著進步，具體表現在l)將連接螺紋設計 為鉤式螺紋，接頭拉伸時螺紋承載面不會產生徑向力，配合扭矩臺肩，大大提 高了接頭的抗拉、壓載荷能力。2)密封設計為不同錐度的錐面結構，接觸長度 較長，使密封結構的密封效果更好。

圖1為現有的圓螺紋接頭結構圖 圖2為現有的偏梯形螺紋接頭結構圖。 圖3為本實用新型的結構圖。
具體實施方式

稠油熱採井用套管接頭是一種錐度為1:16的錐管螺紋接頭，它由內螺紋件 1和外螺紋件5兩部分組成，在內螺紋件1上依次加工有鉤式內螺紋2、內錐面 密封結構3、內扭矩臺肩4;在外螺紋件5上依次加工有對應的鉤式外螺紋6、
外錐面密封結構7、外扭矩臺肩8;接頭使用時，鉤式內螺紋2與鉤式外螺紋6、
內錐面密封結構3與外錐面密封結構7、內扭矩臺肩4與外扭矩臺肩8分別形
成過盈配合。
鉤式內螺紋2的導向面角是10。，承載面角是-3° 5°,螺紋高度1.675mm, 螺距是每英寸5牙；鉤式外螺紋6的導向面角是10。，承載面角是-3° -5°，螺 紋高度1.575mm,螺距是每英寸5牙。
內錐面密封結構3的錐度是1:9，錐面長度是8-10mm，外錐面密封結構7 的錐度是I:IO，錐面長度是8-10mm。
本設計的第一個實施例是用於0177.8x9.19mm的套管，鋼級為N80。內螺
紋件及外螺紋件的幾何尺寸包括外徑、壁厚等均採用標準值，套管材料滿足API 標準對N80鋼級套管材料的要求，其內螺紋和外螺紋均採用導向面角10°、承 載面角-3°的鉤式螺紋，螺距為5牙/25.4mm，錐度為1:16。其扭矩臺肩的角度 是-9°。內錐面密封結構的錐度1:8，長度是10mm，外錐面密封結構的錐度1:10， 長度是10mm。該實施例適合於井深1500米以內、注蒸汽壓力20MPa，注蒸汽 溫度35(TC的稠油熱採井。
本設計的第二個實施例是用於O177.8xl0.36mm的套管，鋼級為PllO。內 螺紋件及外螺紋件的幾何尺寸包括外徑、壁厚等均採用標準值，套管材料滿足 API標準對P110鋼級套管材料的要求，其內螺紋和外螺紋均採用導向面角10°、 承載面角-3。的鉤式螺紋，螺距為5牙/25.4mm，錐度為1:16。其扭矩臺肩的角 度是-15°。內錐面密封結構的錐度1:8，長度是8mm，外錐面密封結構的錐度 1:10，長度是8mm。該實施例適合於井深2500米以內、注蒸汽壓力20MPa， 注蒸汽溫度40(TC的稠油熱採井。
權利要求1、一種稠油熱採井用套管接頭，是一種錐度為1∶16的錐管螺紋接頭，它由內螺紋件(1)和外螺紋件(5)兩部分組成，其特徵是在內螺紋件(1)上依次加工有鉤式內螺紋(2)、內錐面密封結構(3)、內扭矩臺肩(4)；在外螺紋件(5)上依次加工有對應的鉤式外螺紋(6)、外錐面密封結構(7)、外扭矩臺肩(8)；接頭使用時，鉤式內螺紋(2)與鉤式外螺紋(6)、內錐面密封結構(3)與外錐面密封結構(7)、內扭矩臺肩(4)與外扭矩臺肩(8)分別形成過盈配合。
2、 如權利要求1所述的稠油熱採井用套管接頭，其特徵在於鉤式內螺紋 (2)的導向面角是10°，承載面角是-3° 5°，螺紋高度1.675mm，螺距是每英寸 5牙；鉤式外螺紋(6)的導向面角是10°，承載面角是-3° -5°，螺紋高度1.575mm， 螺距是每英寸5牙。
3、 如權利要求1所述的稠油熱採井用套管接頭，其特徵在於內錐面密封 結構(3)的錐度是1:9，錐面長度是8-10mm，外錐面密封結構(7)的錐度是1:10， 錐面長度是8-10mm。
專利摘要一種適合於稠油熱採井開採的套管接頭，由內螺紋件和外螺紋件共同組成。內螺紋件包括鉤式內螺紋、內錐面密封結構、端部內扭矩臺肩等三部分；外螺紋件包括鉤式外螺紋、外錐面密封結構、端部外扭矩臺肩等三部分。接頭使用時，鉤式內螺紋與鉤式外螺紋、內錐面密封結構與外錐面密封結構、內扭矩臺肩與外扭矩臺肩分別形成過盈配合。這種接頭的鉤式螺紋在反覆拉、壓載荷作用下不會產生任何徑向分力，連接強度高，內、外錐面密封結構發生過盈配合，接觸長度長，密封效果好。該接頭適用於注蒸汽溫度為350℃～400℃的稠油熱採井開採使用，代替目前使用的普通API接頭。
文檔編號E21B43/16GK201013256SQ20072003476
公開日2008年1月30日 申請日期2007年2月16日 優先權日2007年2月16日
發明者宏 何, 軍 談 申請人:軍 談