一種熱採井專用套管接頭的製作方法

2023-09-16 00:41:40

專利名稱：一種熱採井專用套管接頭的製作方法
技術領域：
是一種螺紋接頭，屬石油套管螺紋連接技術領域，特別是一種熱採井專用套管螺紋接頭。
背景技術：
注蒸汽單井吞吐開採，是目前開採稠油的主要手段。開採時，高溫(一般為350℃)、高壓(一般為20Mpa)蒸汽從井口注入到井底，井底的稠油吸收熱量後粘度降低，從而容易開採出來。在這種油井中，注蒸汽時，套管受熱膨脹，採油時又變冷收縮，但套管受到地錨和井壁的約束，不能自由伸縮，於是套管內部就會產生很大的內應力。根據計算，這種應力非常大，超過了700Mpa。套管承受這種周期性的拉、壓應力，很容易發生損壞，套管一旦損壞，常造成油井報廢。
目前我國熱採井油田如遼河油田、勝利油田等大多使用API圓螺紋套管和偏梯形螺紋套管。這種套管屬於API標準套管，技術成熟，成本較低，目前仍在熱採井中大量採用。但在熱採井工況下，這兩種套管都存在很多缺陷，容易從接頭部位發生洩漏、滑脫、斷裂等形式的失效。
為了克服這些缺點，後來出現了一些專利如中國專利ZL01118706.9和ZL00100635.5分別公布了一種稠油熱採井用中等強度石油套管和一種稠油熱採井用高強度石油套管。這兩種套管通過對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，從而在一定程度上提高了套管抵抗熱變形的能力。但這兩種套管的接頭仍然採用API偏梯形螺紋和圓螺紋形式，這種螺紋形式上扣後整體應力水平高，在吸收熱應力方面能力差。同時該螺紋的密封靠使用螺紋脂來實現，但在350℃高溫下，螺紋脂已經失效，所以其密封性能也不可靠。由於該套管增加了合金元素，使成本有較大增加，也限制了這兩種套管的使用。
又如中國專利95216740.9公布了一種套有保護環的熱採井套管，將用橡膠等材料製成的保護環套於接箍上端面上，降低套管柱受熱膨脹時接箍的上端面對水泥環臺肩的推力，以及水泥環臺肩對套管柱外壁的擠壓力，達到保護套管不受損壞的目的。但這種方法不便於現場操作，下套管時鑽井工人需要儘快將套管下入井下，沒有時間套保護環。

發明內容
本實用新型是要提供一種密封性能好，套管的使用壽命可顯著延長，且操作方便，成本較低的一種熱採井專用套管接頭。
本實用新型所採取的技術方案本實用新型套管接頭總體上為錐形螺紋接頭，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相互嚙合，可提供與管體相當的連接強度。外密封柱面和內密封球面形成過盈配合，其中外密封柱面的直徑Do與內密封球面的直徑Di滿足如下關係Do-Di＝0.14mm～0.32mm，從而保證了其良好的密封性能。接頭擰緊後，端面臺肩和應力釋放臺肩也形成過盈配合，其中臺肩的應力槽深度d與臺肩高度h滿足如下關係d＝h-(0.5mm～1.2mm)。臺肩的寬度B與臺肩高度h滿足如下關係B≥2.2h，從而保證該臺肩可以有效地緩解高溫蒸汽產生的熱應力。
實施本實用新型後由於採用內螺紋球而、外螺紋柱面的密封形式，該密封結構在承受反覆拉、壓載荷時，接觸壓力保持不變，保證了接頭在使用中的密封性能。同時由於添加了應力釋放臺肩設計，拉、壓載荷不再由螺紋單獨承擔，而是由螺紋和該臺肩共同分擔，該接頭可以很好地緩解套管的高溫熱應力。且操作方便，不增加油田現場操作的工作量。
總之使用本實用新型後密封性能提高，使用壽命延長，成本降低，是一個適合稠油開採的很好很實用的接頭。


圖1，為帶內螺紋的接箍2與二個管子1擰接狀態，分離示意的縱向局部剖示圖。
圖2，為圖1局部放大示意圖。
具體實施方式
現結合附圖對本實用新型作進一步說明，一種熱採井專用套管接頭，是一種其錐度為1∶16的錐形螺紋接頭，由帶外螺紋的管子1和帶內螺紋的接箍2擰接而成。管子1的外螺紋由API偏梯形外螺紋3構成，其前端加工有外密封柱面4和端面臺肩5，接箍2的內螺紋由API偏梯形內螺紋6構成，其後端加工有內密封球面7和應力釋放臺肩8；管子1的外密封柱面4和端面臺肩5分別與接箍2的內密封球面7和應力釋放臺肩8形成過盈配合的緊密接觸。
端面臺肩5和應力釋放臺肩8，其緊密接觸成過盈配合，其中臺肩8的應力槽深度d與臺肩高度h滿足如下關係d＝h-(0.5mm～1.2mm)。臺肩8的寬度B與臺肩高度h滿足如下關係B≥2.2h。外密封柱面4與內密封球面7其直徑分別是Do和Di滿足如下關係Do-Di＝0.14mm～0.32mm。
實施例1、本設計的第一個實施例是用於Φ177.8×8.05mm的套管，鋼級為N80。套管的外徑為177.8mm，壁厚為8.05mm，材料特性屈服強度σs＝670Mpa，抗拉強度為σb＝820Mpa。接箍外徑194.4mm，總長度297mm；刻槽寬度16mm；刻槽深度2.65mm臺肩厚度3.25mm；螺紋參數為API偏梯形螺紋。
2、本設計的第二個實施例是用於Φ139.7×7.72mm的套管，鋼級為N80。套管的外徑為139.7mm，壁厚為7.72mm，材料特性屈服強度σs＝670Mpa，抗拉強度為σb＝820Mpa。接箍外徑153.7mm，總長度275mm；刻槽寬度16mm；刻槽深度2.75mm；臺肩厚度3.705mm；螺紋參數為API偏梯形螺紋。
權利要求1.一種換採井專用套管接頭，是一種其錐度為1∶16的錐形螺紋接頭，由帶外螺紋的管子(1)和帶內螺紋的接箍(2)擰接而成，其特徵在於管子(1)的外螺紋由API偏梯形外螺紋(3)構成，其前端是外密封柱面(4)和端面臺肩(5)，接箍(2)的內螺紋由API偏梯形內螺紋(6)構成，其後端是內密封球面(7)和應力釋放臺肩(8)；管子(1)的外密封柱面(4)和端面臺肩(5)分別與接箍(2)的內密封球面(7)和應力釋放臺肩(8)形成過盈配合的緊密接觸。
2.根據權利要求1所述的套管接頭，其特徵在於所述的端面臺肩(5)和應力釋放臺肩(8)，其緊密接觸成過盈配合，其中臺肩(8)的應力槽深度d與臺肩高度h滿足如下關係d＝h-(0.5mm～1.2mm)；臺肩(8)的寬度B與臺肩高度h滿足如下關係B≥2.2h。
3.根據權利要求1所述的套管接頭，其特徵在於所述的外密封柱面(4)與內密封球面(7)其直徑分別是D0和Di，滿足如下關係D0-Di＝0.14mm～0.32mm。
專利摘要一種熱採井專用套管接頭，屬石油套管螺紋連接技術領域，其特徵是採用API偏梯形內、外螺紋，並由外密封柱面4和端面臺肩5，內密封球面7和應力釋放臺肩8組成。該套管接頭擰緊後，API偏梯形螺紋3和6可提供較高的連接強度，外密封柱面4和內密封球面7可提供良好的密封性能，端面臺肩5和應力釋放臺肩8可有效緩解高溫蒸汽產生的熱應力。該套管接頭抵抗熱變形的能力強，連接強度高，在反覆拉、壓載荷下仍可保持良好的密封性能，可延長熱採井套管的使用壽命，減少套管損壞。
文檔編號E21B17/042GK2700542SQ20042002361
公開日2005年5月18日 申請日期2004年6月10日 優先權日2004年6月10日
發明者樸龍華, 鍾守明, 高連新, 陸金福 申請人:無錫西姆萊斯石油專用管制造有限公司