一種耐粘扣的石油套管接頭的製作方法

2023-06-26 18:59:16

專利名稱：一種耐粘扣的石油套管接頭的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種螺紋接頭，特別是一種耐粘扣的石油套管螺紋接 頭，屬於石油套管螺紋連接技術領域。
技術背景目前油田使用的石油套管，大多採用API圓螺紋或偏梯形螺紋連接，這種 螺紋的優點是技術成熟，容易加工和檢測，但也同時存在很多缺點，其最突出 的缺點是容易發生粘扣，尤其是當套管規格達到16英寸(406.4mm)以上時，油 田現場上扣時非常容易發生錯扣而引起嚴重粘扣。套管螺紋粘扣會影響其連接 質量，較嚴重的粘扣還會造成套管報廢。API圓螺紋的錐度一般是1:16，螺紋高度是1.801mm，螺距是每英寸 (25.4mm)8牙，其承載面角和導向面角都是30°。該螺紋的導向面比較平緩，利 於對扣和上扣，但其螺距小(即所謂的細牙)，容易錯扣，錐度平緩(1:16)也容 易錯扣，尤其是規格較大時更加明顯，為此API規定當規格達到16英寸(406.4mm) 以上時，錐度增大為1:12。儘管如此，這種螺紋形式仍然很容易發生錯扣和粘 扣。同時這種螺紋的連接效率低，只能達到管體的60~80%。API偏梯形螺紋的錐度與圓螺紋一樣， 一般是1:16，當規格達到16英寸以 上時，增大為1:12。該螺紋高度為1.575mm，螺距是每英寸(25.4mm)5牙，螺距 增大有利於上扣，但其螺紋導向面角是10。，比圓螺紋陡，不利於上扣，其承載 面角是3°，提高了螺紋的連接效率。因為普通API螺紋容易發生粘扣，因此嚴重影響了其推廣使用。為了改善 套管螺紋的上扣性能，防止螺紋粘扣，很多研究人員開展了研究工作。中國專 利公開號為CN 1065018C，
公開日為2001年4月25日，實用新型專利名稱為 油、套管螺紋接頭，給出了一種可以減緩或防止螺紋粘扣的接頭形式。該專利 由管體和管接箍組成，管體上的螺紋長度為L4，管接箍上的螺紋長度為L7，螺 紋在直徑方向上的錐度為1:M， M—般取16，其中管體或管接箍的螺紋始端一 定長度內的錐度為l:(M-q)， q=0.1~4.5。同時，在管體或管接箍的螺紋末端一定 長度內的錐度設置為l:(M+q)。該接頭由於在螺紋兩端改變了錐度，減緩了螺紋 兩端的應力集中程度，使螺紋不容易發生粘扣。中國專利公開號為CN 1182317C，
公開日為2004年12月29日，實用新型專利名稱為油、套管螺紋接頭，給出了 一種耐粘扣的油、套管螺紋接頭。該實用新型專利由管體和管接箍通過圓螺紋 或偏梯形螺紋連接在一起，螺紋連接的錐度為1:16,特點在於外螺紋與API標 準螺紋完全相同，通過改變內螺紋的結構尺寸，即改變螺紋兩端的螺距，對於 偏梯形螺紋來說，第1~2或第1 3圈螺紋的螺距為P ,j、，最後1~2或1~3圈螺紋 的螺距為P力其餘部分螺距為標準值P。對於圓螺紋則通過再車削的辦法使螺 距改變。這樣可以改善接頭的應力分布，使接頭不容易發生粘扣。但上述專利技術的局限性在於設計沒有脫離API螺紋的設計思想，雖然 改善了接頭的抗粘扣性能，但接頭容易錯扣、難對扣的缺點沒有改善，螺紋發 生粘扣的可能性仍然很大。 發明內容本實用新型針對現有技術的不足，提供了一種耐粘扣的石油套管接頭。該 接頭通過增大螺紋錐度、加大螺紋螺距、增大螺紋導向面角、使螺紋齒頂、齒 底平行於管子軸線等方法，徹底改善螺紋的抗粘扣性能。按照本實用新型提供的技術方案，外螺紋件l、 3通過螺紋與接箍2嚙合連 接在一起，其特徵是螺紋的錐度為1:6 1:8，螺紋的螺距是每英寸3牙，螺紋 的高度是2.05 2.45mm，螺紋的齒頂、齒底平行於管子的軸線。螺紋的導向面角為25~30°，承載面角是O。。在接箍2上加工有內螺紋4， 在外螺紋件l、 3上加工有外螺紋5。接頭擰緊後，內螺紋4與外螺紋5嚙合在 一起，形成過盈配合。一般來說，螺紋的螺距越大，螺紋牙越粗，上扣時就越不容易錯扣。API 螺紋的螺距是每英寸8牙或5牙，這種螺紋在管子直徑較大時，內、外螺紋稍 有偏斜就很容易錯扣。本實用新型針對這一缺點，將螺距增大為每英寸3牙， 使接頭更容易對扣。同樣，螺紋的錐度對上扣性能也有一定影響，通常錐度越 大，越容易對扣，1:16的錐度是API螺紋普遍採用的，但當管子直徑較大時(大 於或等於16英寸)，API則採用1:12的錐度。本設計根據不同的管徑，採用1:7 到1:8的錐度，使螺紋的上扣性能更好。但是，錐度增大會降低螺紋的連接強度。 為此本設計對螺紋的形狀，尤其是承載面角度和螺紋高度進行了規定，規定螺 紋的承載面角為0。 (API螺紋是30。或10。)，這樣套管在受拉伸時，軸向載荷產 生的徑向分力為零，提高了螺紋的連接效率，同時將螺紋高度增大到 2.05 2.45mm之間，使螺紋的連接強度加強。螺紋的導向面角與接頭的上扣性能有關，導向面角越大，越容易上扣，API 圓螺紋的導向面角是30。，偏梯形螺紋的導向面角是10°，本實用新型的螺紋形 式更接近於偏梯形，選擇螺紋導向面角25~30°，見附圖2。這樣使接頭的上扣 性能更好。但導向面角增大使接頭的抗壓縮性能下降，考慮到抗壓縮性能同時 還與錐度有關，本設計的錐度比較大，選擇導向面角25 30。仍然可以使接頭的 抗壓縮性能滿足相關標準的要求。為了增強接頭的耐粘扣性能，本設計採取的另一項措施是使螺紋的齒頂、 齒底平行於管子的軸線而不是螺紋母線。由於油田上扣都是立式，接箍固定在 井臺的卡瓦座上，管子垂直吊起使外螺紋對中，如果螺紋齒頂平行於螺紋母線， 則不利於對扣，設計成臺肩齒形式，則提高了螺紋的對扣性能。通過上述措施，使本設計的接頭形式具有良好的耐粘扣性能，同時連接性 能不下降，仍能滿足使用要求。本實用新型適合於石油套管採用，特別適合於 直徑較大的套管採用。與現有技術相比，本實用新型有顯著進步，具體表現在l)通過增大螺紋螺 距、螺紋錐度、以及製造成平頂扣的辦法，提高了螺紋的認扣性能，同時上扣速度也有所提高；2)通過增大螺紋導向面角的方法，使接頭容易對扣、不易錯扣； 3)將螺紋承載面角改為0。，避免了接頭滑脫，提高了接頭的連接效率。因此該 接頭具有良好的耐粘扣性能，同時連接性能好。

圖l為本實用新型的結構圖。圖2為螺紋形式示意圖。圖中的6為導向面，7為承載面，8為中徑。
具體實施方式
本設計的第一個實施例是用於①508.0xl2.7 mm的套管，鋼級為N80。外螺 紋件1、 3的外徑是508.0mm，壁厚12.7mm,接箍2的外徑是533.4mm，長度 不低於270.0mm。螺紋螺距是每英寸3牙，螺紋錐度1:7.5，螺紋高度2.15mm， 螺紋形式為偏梯形，其導向面角30°，承載面角0°，嚙合螺紋長度123mm。本 接頭抗拉強度12700kN，抗壓縮強度大於抗拉強度，接頭按照規定的扭矩上扣， 至少可上卸3次而不發生損壞。本設計的第二個實施例是用於O406.4xl2.57mm的套管，鋼級為PllO。外 螺紋件l、 3的外徑是406.4mm，壁厚12.57mm，接箍2的外徑是431.8mm，長 度不低於270.0mm。螺紋螺距是每英寸3牙，螺紋錐度1:8，螺紋高度2.15mm， 螺紋形式為偏梯形，其導向面角25°，承載面角0°，嚙合螺紋長度123mm。本 接頭抗拉強度11700kN，抗壓縮強度大於抗拉強度，接頭按照規定的扭矩上扣， 至少可上卸3次而不發生損壞。
權利要求1、一種耐粘扣的石油套管接頭，包括外螺紋件(1、3)以及通過螺紋與外螺紋件(1、3)嚙合在一起的接箍(2)，其特徵是螺紋的錐度為1∶6～1∶8，螺紋的螺距是每英寸3牙，螺紋的高度是2.05～2.45mm，螺紋的齒頂、齒底平行於管子的軸線。
2、 如權利要求l所述耐粘扣的石油套管接頭，其特徵在於螺紋的導向面 角為25~30°，承載面角是O。。
3、 如權利要求1所述耐粘扣的石油套管接頭，其特徵在於在接箍(2) 上加工有內螺紋(4)，在外螺紋件(1、 3)上加工有外螺紋(5)，接頭擰緊後， 內螺紋(4)與外螺紋(5)嚙合在一起，形成過盈配合。
專利摘要本實用新型涉及的是一種螺紋接頭，特別是一種耐粘扣的石油套管螺紋接頭。按照本實用新型提供的技術方案，外螺紋件1、3通過螺紋與接箍2嚙合連接在一起，其特徵是螺紋的錐度為1∶6～1∶8，螺紋的螺距是每英寸3牙，螺紋的高度是2.05～2.45mm，螺紋的齒頂、齒底平行於管子的軸線。與現有技術相比，本實用新型使用時容易對扣、不易錯扣，因而具有良好的耐粘扣性能，同時上扣速度快，可提高下井工作效率。
文檔編號E21B17/02GK201087703SQ200720043669
公開日2008年7月16日 申請日期2007年10月15日 優先權日2007年10月15日
發明者毅 張, 高連新 申請人:無錫西姆萊斯石油專用管制造有限公司