具有三個扭矩臺肩的螺紋接頭的製作方法

2023-07-16 06:30:21

專利名稱：具有三個扭矩臺肩的螺紋接頭的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種螺紋接頭，特別是一種油、套管螺紋接頭，屬於油井管螺 紋連接技術領域。
背景技術：
油、套管是開採石油和天然氣所必須的石油專用管材，上百根油、套管通過螺紋連 接起來，組成一個長達數千米的管柱，管柱需要承受很大的拉伸載荷和內部流體壓力，接頭 部位是最為薄弱的環節，有很多失效事故都是發生在接頭連接部位。因此，提高接頭部位的 連接性能是各個油、套管生產廠家特別關注的技術難題。目前，油、套管採用的接頭通常是 API接頭，其基本結構見附圖1。該接頭是一種標準接頭，按照API (美國石油學會)標準加 工製造。該接頭具有很多優點，如技術成熟、加工簡單等，但是該接頭的缺點也 很明顯，主要 缺點之一是抗扭性能差，扭矩完全由錐管螺紋承擔，扭矩越大，外螺紋旋進內螺紋的長度就 越長，直至發生「造扣」，損壞螺紋；另外，應力集中非常嚴重，在嚙合螺紋的兩端，應力特別 高，中間的嚙合螺紋應力卻很低，屬於典型的馬鞍形分布，因此極容易發生粘扣、應力腐蝕。 API接頭不能滿足某些苛刻鑽井條件的需求。經對現有技術文獻的檢索發現，中國專利公開 號為CN2575286Y，
公開日為2003年9月24日，實用新型專利名稱為「油、套管螺紋接頭」， 該專利對上述API螺紋進行了改進，增加了一個扭矩臺肩。該實用新型由外螺紋件和內螺 紋件通過螺紋連接而成其螺紋為改進的偏梯形螺紋，外螺紋件前端倒成-9°或-15°角， 與內螺紋件的-9°或-15°臺肩過盈配合，分擔一部分扭矩，同時還起輔助密封作用。該實 用新型的扭矩有螺紋和扭矩臺肩共同分擔，抗扭性能比API接頭有顯著提高，但應力集中 的問題沒有根本解決。中國專利公開號為CN 200992958Y,
公開日為2007年12月19日，實用新型專利名 稱為「一種雙臺肩抗扭接頭」，該專利對現有技術進一步改進，提供了一種具有更高抗扭性 能的油、套管螺紋接頭。該接頭通過將一個臺肩一分為二的辦法，解決了一個臺肩難以增加 厚度的難題。由於結構改進，這種接頭的抗扭能力進一步提高，密封性能尤其是氣密封性能 也有所增強，但是同樣沒有解決接頭的應力集中難題。
發明內容本實用新型針對現有技術的不足，提供了一種具有三個扭矩臺肩的螺紋接頭，以 解決現有接頭抗扭性能差及應力集中程度高的難題。按照本實用新型提供的技術方案，所述具有三個扭矩臺肩的螺紋接頭，包括內螺 紋件和外螺紋件，其特徵是在內螺紋件的內壁加工有前段內螺紋和後段內螺紋，在前段內 螺紋和後段內螺紋之間設置中部直角臺肩，在後段內螺紋和內部直角臺肩之間設置一個內 錐面密封結構；同時，在內螺紋件的最前端設置一個斜端面；在外螺紋件的外壁相應地加 工有後段外螺紋和前段外螺紋，在前段外螺紋和後段外螺紋之間設置中間直角臺肩，在前 段外螺紋和端面直角臺肩之間加工有外錐面密封結構；同時，在外螺紋件的最後端相應地設置一個斜臺肩；接頭使用時，斜端面與斜臺肩、中部直角臺肩與中間直角臺肩、內部直角 臺肩與端面直角臺肩分別形成過盈配合。中部直角臺肩的厚度為A，中間直角臺肩的厚度為B，B = A-0. 25mm ；A值根據接頭 外徑的不同，取2 5mm之間的數值。後段內螺紋和前段外螺紋的錐度相同，均為1: α，其 中α > 32 ；前段內螺紋和後段外螺紋的錐度相同，為1: β，其中β ^ 32。與現有技術相比，本實用新型有顯著進步，具體表現在1)內、外螺紋有一段變成 兩段，使螺紋應力分布的形狀發生了改變，緩和了應力集中，同時，螺紋的上扣速度提高了 一倍；2)內、外螺紋錐度更加平緩，螺紋的過盈量 小，分擔的扭矩小，應力相應減小；3)接頭 的扭矩由螺紋和三個扭矩臺肩同時承擔，抗扭能力顯著提高；4)密封性能除了由主密封承 擔外，還有三個輔助密封結構，密封可看性也明顯增強。

圖1是普通API螺紋接頭圖2是本實用新型連接示意圖圖中1、內螺紋件，2、內部直角臺肩，3、內錐面密封結構，4、後段內螺紋，5、中部直 角臺肩，6、前段內螺紋，7、斜端面，8、外螺紋件，9、斜臺肩，10、後段外螺紋，11、中間直角臺 肩，12、前段外螺紋，13、外錐面密封結構，14、端面直角臺肩。
具體實施方式
本實用新型包括內螺紋件1和外螺紋件8，在內螺紋件1的內壁加工有前段內螺紋 6和後段內螺紋4，在前段內螺紋6和後段內螺紋4之間設置中部直角臺肩5，在後段內螺紋 4和內部直角臺肩2之間設置一個內錐面密封結構3 ；同時，在內螺紋件1的最前端設置一 個斜端面7 ；在外螺紋件8的外壁相應地加工有後段外螺紋10和前段外螺紋12，在前段外 螺紋12和後段外螺紋10之間設置中間直角臺肩11，在前段外螺紋12和端面直角臺肩14 之間加工有外錐面密封結構13 ；同時，在外螺紋件1的最後端相應地設置一個斜臺肩9 ；接 頭使用時，斜端面7與斜臺肩9、中部直角臺肩5與中間直角臺肩11、內部直角臺肩2與端 面直角臺肩14分別形成過盈配合。中部直角臺肩5的厚度為A，中間直角臺肩11的厚度為B，B = A-0. 25mm ;A值根 據接頭外徑的不同，取2 5mm之間的數值。通過控制A的數值，就可以控制中間直角臺肩 11所分擔的扭矩值。為了進一步減少螺紋部位的應力集中，本新型接頭對螺紋的錐度也進行了優化， 後段內螺紋4和前段外螺紋12的錐度相同，為1: α，其中α = 32 ⑴；前段內螺紋6和 後段外螺紋10的錐度相同，為1: β，其中β =32 ⑴。這樣，兩段螺紋的錐度都比普通接 頭的小(錐度都是1:16)，螺紋的過盈量也相應減小，螺紋的應力同時減小。製造時，內螺紋件1和外螺紋件8都直接加工在管子上，沒有接箍。接頭使用時， 內螺紋件1與外螺紋件8緊密配合，內螺紋件1的斜端面7、前段內螺紋6、中部直角臺肩5、 後段內螺紋4、內錐面密封結構3、內部直角臺肩2分別與外螺紋件8的斜臺肩9、後段外螺 紋10、中間直角臺肩11、前段外螺紋12、外錐面密封結構13、端面直角臺肩14形成過盈配
I=I O[0015]對於普通的螺紋來說，內、外螺紋都是一段，而不是兩段，內、外螺紋嚙合後應力分 布呈中間低兩端高的馬鞍形，在螺紋兩端形成兩個應力集中區域。而對於本實用新型接頭 來說，螺紋由中間臺肩分成了兩段，馬鞍形中部的低應力區也產生了較高的應力，應力分布 更加均勻。解決了普通接頭應力集中程度高的技術難題，同時，使接頭的上扣速度提高了一 倍，便於用戶操作。對於現有技術中的普通接頭來說，扭矩完全由螺紋承擔，或者由螺紋何 扭矩臺肩承擔，但臺肩不超過兩個，本實用新型接頭的扭矩由三個扭矩臺肩承擔，抗扭性能 顯著提高，也解決了接頭的抗扭問題。對於密封性能，本實用新型設計了專門的密封結構，內錐面密封結構3與外錐面 密封結構13發生過盈配合，作為主要密封結構，斜端面7與斜臺肩9、中部直角臺肩5和中 間直角臺肩11、內部直角臺肩2與端面直角臺肩14都產生過 盈配合，起輔助密封作用。因此，本實用新型接頭不但解決的現有技術中，接頭抗扭能力差、應力集中程度高 的技術難題，而且密封可靠性也顯著增強。本實用新型的第一個實施例是用於Φ73. 0X5. 51mm的油管，鋼級為L80。其內螺 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，加厚部位的加厚尺寸值也採 用API標準的規定。油管材料滿足API標準對L80鋼級油管材料的要求，其內螺紋和外螺 紋均採用圓柱螺紋，中部直角臺肩5的厚度3. 5mm，中間直角臺肩11的厚度為3. 25mm。對 於同樣規格、鋼級的API油管，其最大允許上扣扭矩是2425N-m，本實用新型的最大允許上 扣扭矩可達8340N-m。同樣規格、鋼級的API油管，最多允許裝卸6次，接頭就要報廢，本實 用新型至少允許裝卸50次。同時，接頭連接強度大於管體，氣密封能力達到73Mpa以上。本實用新型的第二個實施例是用於Φ 101. 6X6. 65mm的油管，鋼級為C90。其內螺 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，加厚部位的加厚尺寸值也採 用API標準的規定。油管材料滿足API標準對C90鋼級油管材料的要求，其內螺紋和外螺 紋均採用圓柱螺紋，中部直角臺肩5的厚度4. 5mm，中間直角臺肩11的厚度為4. 25mm。對 於同樣規格、鋼級的API油管，其最大允許上扣扭矩是6560N-m，本實用新型的最大允許上 扣扭矩可達21800N-m。同樣規格、鋼級的API油管，最多允許裝卸6次，接頭就要報廢，本實 用新型至少允許裝卸50次。同時，接頭連接強度大於管體，氣密封能力達到72Mpa以上。一般的錐管螺紋以一定的扭矩擰緊後，內、外螺紋過盈配合，產生很高的應力，應 力分布很不均勻，呈兩頭高、中間低的馬鞍形分布。本實用新型將同樣長度的內、外螺紋分 成兩段，這樣應力集中點有兩個分解成三個，大大緩解了應力集中程度。同時，在兩段螺紋 的分界處設置一個扭矩臺肩，共有三個扭矩臺肩分擔扭矩。這樣，既可以解決現有接頭抗扭 性能差的技術難題，也可以解決應力集中程度高的難題。該接頭適合於在作業條件非常苛 刻的情況下使用。
權利要求一種具有三個扭矩臺肩的螺紋接頭，包括內螺紋件(1)和外螺紋件(8)，其特徵是在內螺紋件(1)的內壁加工有前段內螺紋(6)和後段內螺紋(4)，在前段內螺紋(6)和後段內螺紋(4)之間設置中部直角臺肩(5)，在後段內螺紋(4)和內部直角臺肩(2)之間設置一個內錐面密封結構(3)；同時，在內螺紋件(1)的最前端設置一個斜端面(7)；在外螺紋件(8)的外壁相應地加工有後段外螺紋(10)和前段外螺紋(12)，在前段外螺紋(12)和後段外螺紋(10)之間設置中間直角臺肩(11)，在前段外螺紋(12)和端面直角臺肩(14)之間加工有外錐面密封結構(13)；同時，在外螺紋件(8)的最後端相應地設置一個斜臺肩(9)；接頭使用時，斜端面(7)與斜臺肩(9)、中部直角臺肩(5)與中間直角臺肩(11)、內部直角臺肩(2)與端面直角臺肩(14)分別形成過盈配合。
2.如權利要求1所述具有三個扭矩臺肩的螺紋接頭，其特徵在於中部直角臺肩(5) 的厚度為A，中間直角臺肩(11)的厚度為B，B = A-0. 25mm ；A = 2 5mm。
3.如權利要求1所述具有三個扭矩臺肩的螺紋接頭，其特徵在於後段內螺紋(4)和 前段外螺紋(12)的錐度相同，均為1 α，其中α ^ 32 ；前段內螺紋(6)和後段外螺紋 (10)的錐度相同，為1 β，其中β彡32。
專利摘要一種具有三個扭矩臺肩的螺紋接頭，屬於油井管螺紋連接技術領域。按照本實用新型提供的技術方案，在內螺紋件的內壁加工有前段內螺紋和後段內螺紋，在前段內螺紋和後段內螺紋之間設置中部直角臺肩，在後段內螺紋和內部直角臺肩之間設置一個內錐面密封結構；在內螺紋件的最前端設置一個斜端面；在外螺紋件的外壁相應地加工有後段外螺紋和前段外螺紋，在前段外螺紋和後段外螺紋之間設置中間直角臺肩，在前段外螺紋和端面直角臺肩之間加工有外錐面密封結構；同時，在外螺紋件的最後端相應地設置一個斜臺肩；該接頭擰緊後，由於螺紋由中間臺肩分成了兩段，上扣速度提高了一倍，同時，抗扭性能顯著提高。
文檔編號F16L15/00GK201568662SQ20092023629
公開日2010年9月1日 申請日期2009年9月27日 優先權日2009年9月27日
發明者張毅, 高連新 申請人:無錫西姆萊斯石油專用管制造有限公司