氣密封套管螺紋接頭的製作方法

2023-06-08 01:19:26 2

專利名稱：氣密封套管螺紋接頭的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種石油工業用經濟型氣密封套管螺紋接頭。
背景技術：
氣密封套管螺紋接頭一般由螺紋、密封以及扭矩臺肩組成。多年來，人們一直通過不斷的改進接頭的螺紋、密封及扭矩臺肩，以達到設計的氣密封要求。通過中國專利信息網及美國專利商標局網對油井管螺紋接頭專利進行檢索，並對檢索結果進行分析，結果如下專利85107996和86106732給出了採用合成材料填料填充螺紋全部間隙或局部間隙的方法達到較高的密封性，並給出了詳細的實施方法及實施工藝。
專利96232958.4採用API偏梯形螺紋，錐面對凸園密封結構及直角扭矩臺肩。
專利96223035.9、96223036.7採用變形的API偏梯形螺紋，螺紋承載面角由3°改為0-3°，螺紋導向面角由10°改為10-45°；柱面對柱面的密封結構，外螺紋密封面由錐面或圓弧刀角引導；直角扭矩臺肩。
專利96222992.X採用變形的API偏梯形螺紋，螺紋承載面角由3°改為0-3°，螺紋導向面角由10°改為10-45°；柱面對凸園密封結構，外螺紋密封面由圓弧倒角引導；直角扭矩臺肩。
專利96223034.0採用變形的API偏梯形螺紋，螺紋承載面角由3°改為0-3°，螺紋導向面角由10°改為10-45°；柱面對柱面的密封結構，外螺紋密封面由圓弧刀角引導；外螺紋採用圓弧端面與內螺紋構成副密封及扭矩臺肩。
專利98207389.5採用API園螺紋或偏梯形螺紋，錐面對凸園的主密封和柱面對柱面的副密封結構，反向扭矩臺肩。
專利95112787.5的特徵在於，在擰緊位置，外螺紋的端面相互抵靠，且形成金屬間的接觸，每個外螺紋鄰近於前壁的無螺紋圓周區域具有一錐形凸表面與內螺紋構成金屬對金屬的密封結構。
專利00244669.3採用改進的API偏梯形螺紋，內、外螺紋齒高略低於標準螺紋，外螺紋端部加工一錐形面，通過錐形面上的密封環起到密封的作用，直角扭矩臺肩結構。
專利01253367.X採用變形的API偏梯形螺紋，螺紋承載面角由3°改為0-3°，螺紋導向面角由10°改為10-45°；柱面對凸園的雙密封結構，帶有角度差的反向扭矩臺肩。
專利98800358.9給出了在外螺紋或/和內螺紋的消失部位加工一環形槽，並用複合材料填充，加強密封。
專利022182632.2採用API偏梯形螺紋，主扭矩臺階與扭矩臺階間分別設置相互配合的球面密封面與斜面密封面，在內螺紋件的主扭矩臺階與斜面密封間設置圓柱孔密封面，在外螺紋件的主扭矩臺階與球面密封間設置圓柱密封面，在扭矩臺階的端面與連接件的橫截面間有夾角α。
專利01810763.x給出了一種帶有齒頂間隙及導向面間隙的螺紋結構。
專利01807217.8給出了一種變形的偏梯形螺紋，螺紋承載面角由為0-(-10)°，螺紋導向面角為35-50°。
專利02209453.9採用API偏梯形螺紋，錐面的金屬對金屬的密封結構，密封部位到扭矩臺肩有退刀槽過渡，直角扭矩臺肩。
美國專利5423759公布了一種錐面對椎面的密封結構，其特點在於通過內外螺紋密封錐面的錐度差實現密封面之間的過盈。
美國專利4817962公布一種採用錐面對椎面的密封結構，其特點在於通過內外螺紋密封錐面的錐度差實現密封面之間的過盈，並給出了不同鋼級下密封長度的大小。
以上結果表明，在螺紋設計方面，公布的專利一部分採用API偏梯形螺紋，如專利96232958.4等；還有一部分採用採用變形的API偏梯形螺紋，如96223035.9等；此外，還有採用改變內、外螺紋齒高，如專利00244669.3。完全採用API偏梯形螺紋，由於螺紋幹涉較大，從而減少了密封面的接觸壓力，降低密封性；採用變形的API偏梯形螺紋，加工難度大，需要專門的測量儀器，無互換性；改變螺紋齒高大小，加工難度變大。
在密封設計方面，國內公布的專利主要有填料式密封即用非金屬材料填堵螺紋洩漏通道如專利85107996等，金屬對金屬密封。在金屬對金屬密封的結構設計方面，國內專利主要採用柱面對柱面，柱面對球面，錐面對球面，密封部位一般位於螺紋端部，如專利96232958.4等。採用柱面對柱面，柱面對球面，錐面對球面的密封結構，容易引起密封面粘結，降低密封性，而且對加工精度要求嚴格。填料式密封容易引起螺紋粘扣，並且密封穩定性較差，操作繁瑣。此外，國外採用錐面對錐面的密封結構，利用錐度差實現過盈，如美國專利5423759等，但在軸向載荷下，易發生密封失效。
在扭矩臺肩設計方面，國內公布的專利主要有直角臺肩、逆向臺肩，此外，還有採用雙扭矩臺肩。

發明內容
本實用新型的目的在於提供一種減小螺紋嚙合的幹涉量，使得加工精度要求寬鬆，密封穩定性好的密封結構，便於大規模實施，同時提高加工效率的氣密封套管螺紋接頭。
本實用新型是這樣實現的包括外螺紋接頭1，接箍2，螺紋3，退刀槽或過渡區4，密封面5，外螺紋接頭臺肩過渡面6，臺肩面7，外螺紋接頭1上設有接箍2，採用錐面對錐面的密封結構，並且密封部分的錐度相同，密封部分的長度至少為5mm，徑向過盈量大於0.20mm在外螺紋接頭1，接箍2之間分別有退刀槽或過渡區4，密封面5，外螺紋接頭臺肩過渡面6，臺肩面7。
外螺紋，採用三段錐度的結構，螺紋部分直徑方向的錐度為1/16，密封部分錐度在1/12-1/6範圍之內，端部錐度為1/5-1/3，錐度之間採用圓弧過渡。
內螺紋，採用兩段或三段錐度的結構，錐度大小與對應的外螺紋相同。
螺紋部位與密封部位採用柱面過渡。
當內、外螺紋嚙合時，部分存在間隙。
扭矩臺肩採用直角或逆向的結構。
外螺紋接頭1的螺紋3齒高降低0.20mm以上。
外螺紋接頭1上通過螺紋3與接箍2連接。
本實用新型螺紋採用改進的API偏梯形螺紋，其特點在於保持內螺紋的齒高不變，將從而降低螺紋之間的幹涉量。採用錐面對錐面的密封結構，並且密封部分的錐度相同，密封部分的長度至少為5mm，徑向過盈量大於0.20mm。對於加工難度不高的外螺紋，採用三段錐度的結構，螺紋部分直徑方向的錐度為1/16，密封部分錐度在1/12-1/6範圍之內，端部錐度為1/5-1/3，不同錐度之間採用圓弧過渡。對於加工難度較高的內螺紋，採用兩段或三段錐度的結構，錐度大小與對應的外螺紋相同。螺紋部位與密封部位採用柱面過渡，內螺紋的柱面可用作退刀槽。當內、外螺紋嚙合時，除密封部分存在幹涉外，其它部分均存在一定的間隙。扭矩臺肩採用直角或逆向的結構。
本實用新型通過降低外螺紋的齒高，未增加螺紋的加工難度，而且減小了螺紋粘扣的趨勢。採用同錐度的密封結構，通過增加密封面積，保證了螺紋接頭的密封可靠性，不同錐度之間採用圓弧過渡，減小了密封部位螺紋粘扣的趨勢，採用這種錐對錐的密封結構，對加工的精度要求不高，提高了生產效率，降低了生產成本。
本實用新型適用於石油、天然氣工業用油、套管，可用於高壓油井及中、高壓氣井。由於本發明性能可靠、加工難度小，可用於所有對密封性要求較高的油、氣井，尤其中、低壓氣井，應用前景廣闊。


圖1是本實用新型裝配示意圖。
圖2是本實用新型裝配局部放大示意圖。
圖3是內螺紋結構示意圖。
圖4是外螺紋結構示意圖。
圖5是內螺紋形狀結構示意圖。
圖6是外螺紋形狀結構示意圖。
圖7為本實用新型內螺紋與外螺紋轉臺的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖中1.外螺紋接頭，2.接箍，3.螺紋，4.退刀槽或過渡區，5.密封面，6.外螺紋接頭臺肩過渡面，7.臺肩面。
具體實施方式
在圖1中，兩個外螺紋接頭(1)通過螺紋(3)與接箍(2)連接起來，構成了套管螺紋接頭。接箍採用API偏梯形螺紋(圖5)，外螺紋採用改進的偏梯形螺紋(圖6)。密封面(5)採用錐面對錐面的密封結構，並且錐度相同，外螺紋接頭1與接箍2的直徑差過盈配合實現金屬對金屬的密封作用。退刀槽或過渡區4實現接箍2螺紋與密封面5的過渡，避免嚙合對螺紋面的損傷。外螺紋接頭1臺肩過渡面(6)實現外螺紋接頭1與接箍2的光滑過渡，並用於存儲多餘的螺紋脂，保證接頭1密封質量。臺肩面(7)由於螺紋連接的定位並且吸收過高的上扣扭矩。
在圖7所示實施例中，當內螺紋與外螺紋嚙合時，由於齒高存在差異，使得內螺紋齒底與外螺紋齒頂存在一定的間隙。實施例中內螺紋齒高為1.575mm，外螺紋齒高為1.375mm，兩者之間相差0.2mm，不會發生粘扣，也不會產生較大的環向應力。通過密封實施例圖可以看出，接箍螺紋退刀槽(過渡槽)(4)確保了密封面(5)之間的過盈配合，扭矩臺肩(7)保證了密封面長度和過盈量的大小。實施例中密封面的長度L＝5mm，過盈量δ＝0.2mm。
權利要求1.氣密封套管螺紋接頭，包括外螺紋接頭(1)，接箍(2)，螺紋(3)，退刀槽或過渡區(4)，密封面(5)，外螺紋接頭臺肩過渡面(6)，臺肩面(7)，其特徵在於外螺紋接頭(1)上設有接箍(2)，其間採用錐面對錐面的密封結構，且密封部分的錐度相同，密封部分的長度至少為5mm，徑向過盈量大於0.20mm在外螺紋接頭(1)、接箍(2)之間分別有退刀槽或過渡區(4)、密封面(5)、外螺紋接頭臺肩過渡面(6)、臺肩面(7)。
2.根據權利要求1所述的氣密封套管螺紋接頭，其特徵在於外螺紋，採用三段錐度的結構，螺紋部分直徑方向的錐度為1/16，密封部分錐度在1/12-1/6範圍之內，端部錐度為1/5-1/3，錐度之間採用圓弧過渡。
3.根據權利要求1所述的氣密封套管螺紋接頭，其特徵在於內螺紋，採用兩段或三段錐度的結構，錐度大小與對應的外螺紋相同。
4.根據權利要求1所述的氣密封套管螺紋接頭，其特徵在於螺紋部位與密封部位採用柱面過渡。
5.根據權利要求1所述的氣密封套管螺紋接頭，其特徵在於當內、外螺紋嚙合時，部分存在間隙。
6.根據權利要求1所述的氣密封套管螺紋接頭，其特徵在於扭矩臺肩採用直角的結構。
7.根據權利要求1所述的氣密封套管螺紋接頭，其特徵在於外螺紋接頭(1)的螺紋(3)齒高降低0.20mm以上。
8.根據權利要求1所述的氣密封套管螺紋接頭，其特徵在於外螺紋接頭(1)上通過螺紋(3)與接箍(2)連接。
專利摘要一種經濟性氣密封套管螺紋接頭，由兩個外螺紋接頭1通過螺紋3與接箍2連接組成，採用改進的API偏梯形螺紋，其特點在於保持內螺紋的齒高不變，將外螺紋的齒高降低0.20mm以上，從而降低螺紋之間的幹涉量，採用錐面對錐面的密封結構，並且密封部分的錐度相同，密封部分的長度至少為5mm，徑向過盈量大於0.2mm。對於加工難度不高的外螺紋，採用三段錐度的結構，螺紋部分直徑方向的錐度為1/16，密封部分錐度在1/12－1/6範圍之內，端部錐度為1/5－1/3，不同錐度之間採用圓弧過渡，加工難度小，可用於所有對密封性要求較高的油、氣井，尤其中、低壓氣井，應用前景廣闊。
文檔編號E21B17/042GK2731065SQ20042005963
公開日2005年10月5日 申請日期2004年5月21日 優先權日2004年5月21日
發明者韓新利 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油天然氣集團公司管材研究所