改進型圓螺紋氣密封連接結構的製作方法

2023-05-07 15:46:11 1

專利名稱：改進型圓螺紋氣密封連接結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種改進型圓螺紋氣密封連接結構。
背景技術：
石油天然氣在世界能源乃至整個經濟領域均佔有極其重要的戰略地位，伴隨著世 界經濟的快速發展以及對能源需求的不斷增加，石油天然氣的勘探開發力度也在不斷加 大。隨著地質結構的愈加複雜和鑽井深度的不斷增加，加上成本因素，國內外各大油田對油 井管的使用性能、安全可靠性以及性價比等提出了更高的要求。在石油及天然氣鑽採行業，油井管的市場需求量非常巨大。有關統計顯示，包括 構成油氣井主體結構的套管及採油、採氣用油管在內，全世界每年油井管的需求量超過 一千萬噸。長期以來，符合API (American Petroleum Institute-美國石油學會)標準規範 的管螺紋(簡稱API螺紋)油井管由於具有技術成熟、通用性強、易於加工等優點，一直被 廣泛應用。但API螺紋由於結構設計方面的原因，存在著許多難以克服的性能缺陷，如API 圓螺紋的抗拉強度較低、氣密封性能及抗粘扣性能較差，易粘扣；API偏梯形螺紋雖然抗拉 強度較高，但螺紋接頭的氣密封性能與API圓螺紋相比卻有所降低，抗粘扣性能雖稍好於 API圓螺紋，但仍然不是十分理想。基於API圓螺紋、偏梯螺紋存在的性能缺陷，國內外主要的油井管生產廠也都相 繼開發了各自的特殊扣螺紋來替代普通的API螺紋，但大都屬於帶有端部金屬密封結構的 氣密封特殊扣產品，因其結構及生產工藝相對複雜，生產成本遠遠高於API螺紋，使其在油 田的大範圍應用受到了限制。在某些油田區域由於開採的油氣層含量較低，底層較淺油氣的壓力不是太高，不 適合採用費用較高的特殊扣產品。普通API圓扣的價格雖然合適但其氣密封能力無法保 證，特別是當長期下井後，螺紋中塗抹的螺紋脂會逐漸乾燥，油性成分流失，由固液混合態 變為純固態，填充體積大大減小。這樣存在於API圓螺紋齒側中原本封堵住的洩漏通道將 會打開，無法達到氣密封的效果。因此油田採用了上扣時不塗抹螺紋脂而改用密封膠的方 式來保證其氣密封性能。但此種方法也帶來了上扣時的不便和密封性能的不穩定性。針對上述情況，油田開採方在開發一些油氣含量較低壓力不太高、結構不太複雜 的井況時，採用API圓螺紋塗抹CATTS101密封膠後上扣的方法來增強圓扣的氣密性，以此 來部分替代特殊扣產品，以減小生產成本。但此方法存在以下弊端1.導致接頭上卸扣性能降低，增大了上扣扭矩使擰接，使最終擰接位置不確定，可 能無法到達設計位置。而且密封膠三十分鐘凝固後很難卸扣，影響作業。2.密封可靠性差，由於靠密封膠滿足密封要求，塗抹不均或過少或漏抹或密封膠 變幹擰接不到位都會發生洩漏。密封膠長期儲藏易分層，失效後無法滿足密封要求。發明內容針對現有技術中結構上的不足，本實用新型的目的是提供一種改進型圓螺紋氣密 封連接結構，以利於改善普通API圓螺紋氣密封性能不足的問題，使用方便，降低開採成本。為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案是提供一種改進型圓螺紋氣密封連 接結構，該結構包括有一個端部帶有外螺紋的套管和帶有內螺紋的接箍旋合擰接而成，所 述套管的外螺紋與普通API螺紋完全一致，其中所述接箍的內螺紋齒底的圓弧半徑大於 API螺紋的圓弧半徑，接箍的內螺紋齒頂圓弧半徑小於API螺紋的圓弧半徑，接箍的內螺紋 齒頂齒底圓弧變化量保持一致，接箍的內螺紋齒高與API螺紋的齒高相等。所述接箍的內螺紋齒頂圓弧的半徑範圍為0. 018至0. 020英寸，接箍的內螺紋齒 底圓弧的半徑範圍為0. 017至0. 019英寸。本實用新型的效果是使用改進型圓螺紋氣密封連接結構的優點是1.密封性能加強其氣密封能力不低於API圓螺紋加密封膠的方式。2.良好的上卸扣性能適當的修改量不會導致螺紋部分區域接觸壓力過高，保證 三次上扣兩次卸扣不發生粘扣。3.簡單方便檢驗、管理、操作等與API圓螺紋完全相同，實現完全互換。4.低成本加工簡單高效，成本與API圓螺紋接近。

圖1是本實用新型的圓螺紋氣密封連接結構的齒型示意圖,A、套管B、接箍C、外螺紋齒頂圓弧D、API內螺紋齒底圓弧E、接箍的內螺紋齒底圓弧 F、API內螺紋齒頂圓弧G、接箍的內螺紋齒頂圓弧 H、外螺紋齒底圓弧
具體實施方式
結合附圖及實施例對本實用新型的改進型圓螺紋氣密封連接結構加以說明。由於改進接頭的使用背景和使用條件決定了不能使用複雜的結構來達到密封效 果，必須在API圓螺紋的基礎上進行改進，通過最簡單最直接的辦法來達到氣密封的效果。 改進後的扣型在加工、檢驗、使用等方面最大程度地與API普通圓螺紋接近，以方便油田使 用降低生產成本。該接頭由套管和接箍兩部分組成，所述套管在兩邊管端外部加工公端圓 螺紋，所述接箍部分在兩根套管間連接，兩邊結構對稱，在兩邊內部加工母端圓螺紋。本實用新型的改進型圓螺紋氣密封連接結構包括有一個端部帶有外螺紋的套管 和帶有內螺紋的接箍旋合擰接而成，所述套管的外螺紋與普通API螺紋完全一致，所述接 箍的內螺紋齒底的圓弧半徑大於API圓螺紋的圓弧半徑，接箍的內螺紋齒頂圓弧半徑小於 API圓螺紋的圓弧半徑，接箍的內螺紋齒高與API圓螺紋的齒高相等。所述接箍的內螺紋齒 頂圓弧的半徑範圍為0. 018至0. 020英寸，接箍的內螺紋齒底圓弧的半徑範圍為0. 017至 0.019英寸。接箍的內螺紋齒頂齒底圓弧變化量必須保持一致，以保證改進後內螺紋的齒高不 會發生變化。[0027]如圖1所示，該改進型氣密封圓螺紋接頭結構包括套管A和接箍B兩部分組成，所 述套管A部分的外螺紋齒頂圓弧C和外螺紋齒底圓弧H與API圓螺紋規定保持一致；所述 接箍B部分的內螺紋的齒底圓弧由原來API圓螺紋的API內螺紋齒底圓弧D增大為接箍的 內螺紋齒底圓弧E，齒頂圓弧由原來的API內螺紋齒頂圓弧F縮小為接箍的內螺紋齒頂圓弧 G0對於普通API圓螺紋接頭，套管A部分的外螺紋齒頂圓弧C和API內螺紋齒底圓 弧D之間為空開的間隙，對於整個接頭形成了一個螺旋型的洩漏通道。改進後的套管A部分 的圓螺紋齒頂圓弧C和接箍B部分的圓螺紋的齒底圓弧E之間的洩漏通道面積大大減小。 根據洩漏量的計算方法當兩個同心圓環間存在間隙且無密封填充物時，環形縫隙因壓力差產生的洩漏量 可由下式計算Q= (Ji d δ 3 Δ P) / (12 η L)式中Q-洩漏量(m3/s) d_密封直徑(m) δ -縫隙量(m)Δ P-壓力差(Pa) n -動力黏度(Pa · s) L-縫隙長度(m)計算結果如下改進後接頭的洩漏量僅約為API圓螺紋接頭的10%-20%，密封能 力提高80%以上，考慮絲扣油的固體顆粒封堵作用，有可能實現100%氣密封能力。由於接箍B部分的母端螺紋圓弧的變化，原有加工刀具無法再使用，需要按更改 設計訂做母端車絲刀具。由於接箍B部分的母端齒頂和齒底圓弧一個縮小一個增大，且變 化量一致，所以整體齒高保持不變，加工完畢後的檢測方法與API普通圓螺紋保持一致。改進後除車絲所用刀具需重新訂做區分外，其餘螺紋的加工、檢驗、操作均與普通 API普通圓螺紋扣一致，以達到最大程度的可互換性和使用便捷性。
權利要求一種改進型圓螺紋氣密封連接結構，該結構包括有一個端部帶有外螺紋的套管和帶有內螺紋的接箍旋合擰接而成，所述套管的外螺紋與普通API圓螺紋完全一致，其特徵是所述接箍的內螺紋齒底的圓弧半徑大於API圓螺紋的圓弧半徑，接箍的內螺紋齒頂圓弧半徑小於API圓螺紋的圓弧半徑，接箍的內螺紋齒頂齒底圓弧變化量保持一致，接箍的內螺紋齒高與API圓螺紋的齒高相等。
2.根據權利要求1所述的改進型圓螺紋氣密封連接結構，其特徵是所述接箍的內螺 紋齒頂圓弧的半徑範圍為0.018至0. 020英寸，接箍的內螺紋齒底圓弧的半徑範圍為0.017 至0.019英寸。
專利摘要本實用新型提供一種改進型圓螺紋氣密封連接結構，該結構包括有一個端部帶有外螺紋的套管和帶有內螺紋的接箍旋合擰接而成，所述套管的外螺紋與普通API螺紋完全一致，所述接箍的內螺紋齒底的圓弧半徑大於API圓螺紋的圓弧半徑，接箍的內螺紋齒頂圓弧半徑小於API圓螺紋的圓弧半徑，接箍的內螺紋齒高與API圓螺紋的齒高相等。本實用新型的效果是該連接結構密封性能加強，減小洩漏通道截面面積，其氣密封能力不低於API圓螺紋加密封膠的方式，有良好的上卸扣性能，適當的修改量不會導致螺紋部分區域接觸壓力過高，保證三次上扣兩次卸扣不發生粘扣。使用簡單方便，檢驗、管理、操作等與API圓螺紋完全相同，實現完全互換。低成本，加工簡單高效。
文檔編號E21B17/042GK201714315SQ20102017558
公開日2011年1月19日 申請日期2010年4月30日 優先權日2010年4月30日
發明者劉俊虎, 史彬, 呂春莉, 吳稀勇, 周宗強, 孫開明, 屈強, 張軍, 李建民, 柳玉偉, 梅麗, 閆龍, 陳濤, 駱敬輝 申請人:天津鋼管集團股份有限公司