高密封特殊偏梯形螺紋管接頭的製作方法

2023-06-04 12:41:31

專利名稱：高密封特殊偏梯形螺紋管接頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及應用於石油行業的油井管螺紋接頭，具體地說是ー種高密封特殊偏梯形螺紋管接頭。
背景技術：
油井管行業中的油套管主要是通過螺紋接頭連接起來，形成油套管柱，長度達到數千米，其中螺紋接頭的連接強度、密封性能、抗彎曲能力、抗扭矩性能及拉伸載荷等性能的優劣直接影響著油井管的連接質量。不同的地質結構需要不同的螺紋連接形式的油井管，以滿足使用要求。 隨著油田開採的不斷發展，對油井管螺紋接頭的要求越來越嚴格，特別是對油井管的相關主要性能指標要求越來越高。現有的API (美國石油學會)偏梯形螺紋接頭，存在抗扭矩性能較弱，連接強度低，密封性能差，抗擠毀能力差等不足。世界各油井管加工企業對螺紋接頭不斷地創新，出現了不同的螺紋結構連接形式，但是還是不能夠滿足油田開採的使用要求。

發明內容
本發明針對上述問題，提供ー種高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，該接頭連接強度高，密封性能好，抗壓縮載荷能強，同時抗扭矩性能高。按照本發明的技術方案ー種高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，包括通過螺紋連接的接箍及管體，所述接箍內壁的軸向中部設置有環狀的內臺階柱面；所述接箍的兩端加工有標準偏梯形內螺紋，所述偏梯形內螺紋靠近所述內臺階柱面的後端設置有楔形內螺紋，所述管體端部的外壁上加工有標準偏梯形外螺紋，所述偏梯形外螺紋的前端設置有楔形外螺紋，所述楔形內螺紋與所述楔形外螺紋的牙側角為負角度；所述內臺階柱面的兩端面與所述管體的端部之間分別設置有金屬密封結構，所述金屬密封結構包括設置在所述接箍上的內密封結構及設置在所述管體上的外密封結構；所述內密封結構包括設置在所述內臺階柱面端面與所述接箍內螺紋端部之間的內圓錐面，所述內臺階柱面的端面向外部凸出形成內臺肩角，所述內臺肩角與所述內圓錐面之間設置有內密封面過渡圓弧；所述外密封結構包括設置在所述管體端部外壁上的外圓錐面，所述管體端部的端面向內凹入形成外臺肩角，所述外臺肩角與所述外圓錐面之間設置有外密封面過渡圓弧。所述牙側角的值為5° 15°。所述楔形內螺紋與所述楔形外螺紋的牙數為Γ4牙。所述內臺肩角的值為105° 125° ,所述外臺肩角比所述內臺肩角的值小(Tl。；所述內臺肩角與所述內臺階柱面之間形成的銳角為內臺肩平面倒角，所述內臺肩平面倒角為60° 10°，所述外臺肩角與所述管體的內壁面之間形成的銳角為管端平面倒角，所述管端平面倒角與所述內臺肩平面倒角的值相同。所述內密封面過渡圓弧與所述內臺肩角之間設置有內頂點圓弧，所述內頂點圓弧的半徑為O. 25、. 60mm ;所述外密封面過渡圓弧與所述外臺肩角之間設置有外頂點圓弧，所述外頂點圓弧的半徑與所述內頂點圓弧的半徑相同。所述內臺肩角的頂點處設置有內臺肩圓弧,所述內臺肩圓弧的半徑為O. 3" . Omm ；所述外臺肩角的頂點處設置有外臺肩圓弧，所述外臺肩圓弧的半徑大於所述內臺肩圓弧的半徑0 0. 5mm。所述內圓錐面的長度為5 15mm，所述外圓錐面的長度比所述內圓錐面的長度長半個螺距。所述內密封結構的內密封面厚度為5 10mm，所述外密封結構的外密封面厚度與所述內密封面厚度相等。本發明的技術效果在於本發明在標準偏梯形螺紋的端部増加了楔形螺紋及金屬與金屬的非平面臺肩密封結構，増加了接頭的連接強度、密封性能、抗彎曲能力、抗壓縮載荷能力和抗扭矩性能。


圖I為本發明的結構示意圖。圖2為本發明分解後的結構示意圖。圖3為本發明中的楔形的牙型圖。圖4為本發明中的內密封結構的放大圖。圖5為本發明中的外密封結構的放大圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進ー步的說明。圖f圖5中，包括接箍I、管體2、偏梯形內螺紋3、偏梯形外螺紋4、楔形內螺紋5、楔形外螺紋6、內密封結構7、外密封結構8、中徑線9、內臺肩柱面10、錐度11、螺距12、齒高13、齒型牙寬14、齒型槽寬15、牙側角16、齒型圓弧17、內圓錐面18、外圓錐面19、內密封面厚度20、外密封面厚度21、內密封面過渡圓弧22、外密封面過渡圓弧23、內頂點圓弧24、外頂點圓弧25、內臺肩圓弧26、外臺肩圓弧27、內臺肩角28、外臺肩角29、內臺肩平面倒角30、管端平面倒角31、內臺肩曲面深度32、外臺肩曲面深度33、管體34等。如圖I、圖2所示，本發明是ー種高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，包括通過螺紋連接的接箍I及管體2、34，接箍I和管體2、34是以虛擬的中徑線9為基準，以內外螺紋進行旋合，以管體2與管體34通過接箍I進行若干連接形成油、套管柱，滿足油氣田生產使用要求。接箍I內壁的軸向中部設置有環狀的內臺階柱面10。內臺階柱面10的長度範圍是5(T200mm，可増加接頭的連接強度和抗彎曲能力。接箍I的兩端加工有標準偏梯形內螺紋3，偏梯形內螺紋3靠近內臺階柱面10的後端設置有楔形內螺紋5。管體2、34端部的外壁上加工有標準偏梯形外螺紋4，偏梯形外螺紋4的前端設置有楔形外螺紋6。偏梯形內螺紋3與偏梯形外螺紋4採用API標準。 如圖3所示，楔形內螺紋5與楔形外螺紋6尺寸相同公差不同以達到過渡配合時的密封要求。楔形內螺紋5與楔形外螺紋6的牙側角16為負角度，牙側角16的值為5° 15°。楔形內螺紋5與楔形外螺紋6的錐度11為1:16、螺距12為5.08mm，其錐度、螺距與API標準相同，楔形螺紋旋合時，在偏梯形螺紋的引導下旋合自如，不會發生任何幹渉。楔形內螺紋5與楔形外螺紋6的齒高13為I. OOmnTl. 43mm、齒型牙寬14為I. 50mnT2. 07mm、齒型槽寬15為2. 55mnT3. 03mm、齒型圓弧17半徑為O. 40mnT0. 50mm。楔形內螺紋5與楔形外螺紋6的牙數為廣4牙。在加工時，偏梯形螺紋向楔形螺紋過渡變形時應平滑過渡，過渡面長度不能超過I個螺距的長度。偏梯形螺紋與楔形螺紋的總長度可以通過減少或増加偏梯形螺紋牙數，也可通過減少或増加楔形螺紋牙數來滿足管體2、34端部加工的總長度要求，但其增加或減少的牙數不能超過4牙，其接箍I螺紋的加工相同。再參見圖I及圖2，在接箍I內臺階柱面10的兩端面與管體2、34的端部之間分別設置有金屬密封結構。金屬密封結構包括設置在接箍I上的內密封結構7及設置在 管體
2、34上的外密封結構8。如圖4所示，內密封結構7包括設置在內臺階柱面10端面與接箍I內螺紋端部之間的內圓錐面18,內圓錐面18的長度為5 15mm。內臺階柱面10的端面向外部凸出形成內臺肩角28，內臺肩角28的值為105° 125°。內臺肩角28的頂點處設置有內臺肩圓弧26，內臺肩圓弧26的半徑為O. 3 1.0_。內臺肩角28與內圓錐面18之間設置有內密封面過渡圓弧22，內密封面過渡圓弧22的半徑為I. 00mnT2. 00mm。內密封面過渡圓弧22與內臺肩角28之間設置有內頂點圓弧24，內頂點圓弧24的半徑為O. 25^0. 60mm。內臺肩角28與內臺階柱面10之間形成的銳角為內臺肩平面倒角30，內臺肩平面倒角30為60° 80°。內密封面厚度20為5 IOmm,內臺肩曲面深度32為I. OOmm 2. 00mm。如圖5所示，外密封結構8包括設置在管體2、34端部外壁上的外圓錐面19，外圓錐面19的長度比內圓錐面18的長度長半個螺距，以滿足楔形內螺紋5與楔形外螺紋6在大扭矩下的緊密配合不發生幹渉。管體2、34端部的端面向內凹入形成外臺肩角29，外臺肩角29比內臺肩角28的值小(Tl。，以O. 5°最佳，滿足內、外臺肩在機緊情況下造成的塑性變型狀態下達到過盈配合狀態。外臺肩角29的頂點處設置有外臺肩圓弧27，外臺肩圓弧27的半徑大於內臺肩圓弧26的半徑(TO. 5mm,以滿足內、夕卜臺肩在機緊狀態下，內外圓弧配合時造成塑性變型狀態下達到過盈配合狀態。外臺肩角29與外圓錐面19之間設置有外密封面過渡圓弧23。外密封面過渡圓弧23與外臺肩角29之間設置有外頂點圓弧25，外頂點圓弧25的半徑與內頂點圓弧24的半徑相同。外臺肩角29與管體2、34的內壁面之間形成的銳角為管端平面倒角31，管端平面倒角31與內臺肩平面倒角30的值相同。外密封面厚度21與內密封面厚度20相等，以滿足管體2、34內壁和接箍I內臺階柱面10處於同一個平面，以有效減少氣體、液體在管道內通行時的紊流現象，使能量損失降低為最小。外臺肩曲面深度33與內臺肩曲面深度32相同。本發明操作吋，首先將管體2的外螺紋表面均勻塗抹ー層潤滑螺紋脂，再將接箍I的任意一端先套入管體2上，套入時應將接箍I的內螺紋與管體2的外螺紋先套入3 7扣，套扣時應輕緩將外外螺紋對扣然後人力旋入，以人力旋合不動是為止，將已經手緊旋合在一起的接箍I和管體2用石油管道擰接機器進行進一歩的機器擰接達到機器擰接時的過盈配合狀態。
當接箍I與管體2在機器擰接過盈旋緊配合後，其楔形內螺紋5、楔形外螺紋6在偏梯形螺紋的旋合引導下，能夠順利自如旋入配對達到過渡配合狀態型成一定的密封性，楔形螺紋能夠顯著増加其連接強度及抗彎曲能力，其楔形螺紋齒型具有高密封性能，有效提高螺紋接頭的高複合承載能力，可提供與管體相當的內壓抗カ；同時內密封面厚度20與外密封面厚度21達到了過盈配合，大大增加了其高抗扭矩性能和壓縮載荷能力及拉伸載荷的能力。內圓錐面18與外圓 錐面19兩者的外徑形成徑向過盈配合，大大增加其配合的密封性能。同時內密封結構7與外密封結構8上的非平面臺肩在大扭矩旋合後形成的過盈配合也達到了一定的密封性能和抗彎曲能力，使其螺紋接頭具有多重密封結構，有效提高螺紋接頭的高複合承載能力；機緊的位置和扭矩大小可以按照API標準操作或エ藝文件另行規定，但是必須以滿足內密封面厚度20與外密封面厚度21在機緊旋合後不得有任何縫隙。同樣的緊固方法將其接箍I和管體34是以虛擬的中徑線9為基準進行緊密配合，達到管體34與管體2通過接箍I進行若干連接型成油、套管柱滿足油氣田生產使用要求。在油田下井時將其一個個的連接件機緊連接型成數千米的油套管柱。本發明在標準偏梯形螺紋的端部増加了楔形螺紋密封結構，楔形螺紋能夠顯著增加接頭的連接強度及抗彎曲能力，其楔型螺紋齒型具有高密封性能，有效提高螺紋接頭的高複合承載能力，可提供與管體相當的內壓抗カ，楔型螺紋有效提高螺紋接頭的防脫扣性能及拉伸載荷性能；本發明同時採用了金屬與金屬的非平面臺肩密封結構，達到了螺紋接頭的多重密封結構，大大増加了抗壓縮載荷能力和抗扭矩性能及高密封性能。本發明非常適合深井、超深井、高壓油井及高壓氣井使用。
權利要求
1.一種高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，包括通過螺紋連接的接箍(I)及管體(2、34)，所述接箍(I)內壁的軸向中部設置有環狀的內臺階柱面(10);其特徵是所述接箍(I)的兩端加工有標準偏梯形內螺紋(3)，所述偏梯形內螺紋(3)靠近所述內臺階柱面(10)的後端設置有楔形內螺紋(5)，所述管體(2、34)端部的外壁上加工有標準偏梯形外螺紋(4)，所述偏梯形外螺紋(4)的前端設置有楔形外螺紋(6)，所述楔形內螺紋(5)與所述楔形外螺紋(6)的牙側角(16)為負角度；所述內臺階柱面(10)的兩端面與所述管體(2、34)的端部之間分別設置有金屬密封結構，所述金屬密封結構包括設置在所述接箍(I)上的內密封結構(7)及設置在所述管體(2、34)上的外密封結構(8);所述內密封結構(7)包括設置在所述內臺階柱面(10)端面與所述接箍(I)內螺紋端部之間的內圓錐面(18)，所述內臺階柱面(10)的端面向外部凸出形成內臺肩角(28)，所述內臺肩角(28)與所述內圓錐面(18)之間設置有內密封面過渡圓弧(22);所述外密封結構(8)包括設置在所述管體(2、34)端部外壁上的外圓錐面(19)，所述管體(2、34)端部的端面向內凹入形成外臺 肩角(29)，所述外臺肩角(29 )與所述外圓錐面(19 )之間設置有外密封面過渡圓弧(23 )。
2.按照權利要求I所述的高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，其特徵是所述牙側角(16)的值為5° 15°。
3.按照權利要求I所述的高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，其特徵是所述楔形內螺紋(5)與所述楔形外螺紋(6)的牙數為廣4牙。
4.按照權利要求I所述的高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，其特徵是所述內臺肩角(28)的值為105° 125°，所述外臺肩角(29)比所述內臺肩角(28)的值小(Tl。；所述內臺肩角(28)與所述內臺階柱面(10)之間形成的銳角為內臺肩平面倒角(30)，所述內臺肩平面倒角(30)為60° 10°，所述外臺肩角(29)與所述管體(2、34)的內壁面之間形成的銳角為管端平面倒角(31)，所述管端平面倒角(31)與所述內臺肩平面倒角(30)的值相同。
5.按照權利要求4所述的高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，其特徵是所述內密封面過渡圓弧(22 )與所述內臺肩角(28 )之間設置有內頂點圓弧(24 )，所述內頂點圓弧(24 )的半徑為0. 25、. 60mm ;所述外密封面過渡圓弧(23)與所述外臺肩角(29)之間設置有外頂點圓弧(25)，所述外頂點圓弧(25)的半徑與所述內頂點圓弧(24)的半徑相同。
6.按照權利要求4所述的高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，其特徵是所述內臺肩角(28)的頂點處設置有內臺肩圓弧(26)，所述內臺肩圓弧(26)的半徑為0. 3 I. Omm;所述外臺肩角(29)的頂點處設置有外臺肩圓弧(27)，所述外臺肩圓弧(27)的半徑大於所述內臺肩圓弧(26)的半徑0 0. 5mm。
7.按照權利要求I所述的高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，其特徵是所述內圓錐面(18)的長度為5 15mm，所述外圓錐面(19)的長度比所述內圓錐面(18)的長度長半個螺距。
8.按照權利要求I所述的高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，其特徵是所述內密封結構(7 )的內密封面厚度(20 )為5 10mm，所述外密封結構(8 )的外密封面厚度(21)與所述內密封面厚度(20)相等。
全文摘要
本發明涉及一種高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，包括接箍及管體，接箍的中部設置有內臺階柱面；接箍的兩端加工有標準偏梯形內螺紋，偏梯形內螺紋的後端設置有楔形內螺紋，管體端部加工有標準偏梯形外螺紋，偏梯形外螺紋的前端設置有楔形外螺紋；內臺階柱面的兩端面與管體的端部之間分別設置有金屬密封結構，金屬密封結構包括設置在接箍上的內密封結構及設置在管體上的外密封結構；內密封結構包括內圓錐面及向外部凸出的內臺肩角；外密封結構包括外圓錐面及向內凹入的外臺肩角。本發明在標準偏梯形螺紋的端部增加了楔形螺紋及非平面臺肩密封結構，增加了接頭的連接強度、密封性能、抗彎曲能力、抗壓縮載荷能力和抗扭矩性能。
文檔編號E21B17/02GK102678065SQ201210184598
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月6日 優先權日2012年6月6日
發明者馮波, 耿玉娟 申請人:無錫西姆萊斯石油專用管制造有限公司