一種高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭的製作方法
2023-05-19 18:40:16
一種高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭，包括接箍和兩個管體，接箍的兩端與兩個管體螺紋連接，接箍的內表面被接箍的中間平面分為對稱的兩段子內表面，子內表面包括由接箍的中部向端部依次設置的第一負角度抗扭矩臺肩、第一錐形密封段和內螺紋段，接箍兩端均為直角端面；管體端部的外表面包括由管體端部向中部依次設置的第二負角度抗扭矩臺肩、第二錐形密封段、外螺紋段和直角抗扭矩臺肩；內螺紋段與外螺紋段為互相配合的梯形螺紋；當兩個管體分別連接到接箍的兩端時，第一負角度抗扭矩臺肩與第二負角度抗扭矩臺肩形成過盈配合，第一錐形密封段與第二錐形密封段形成過盈配合，接箍的直角端面與管體的直角抗扭矩臺肩形成過盈對接配合。
【專利說明】一種高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及石油及天然氣工業中的密封設備，更具體地講，涉及一種高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭。
【背景技術】
[0002]油套管是開採石油和天然氣所必須的石油專用管材，一般由幾十至幾百根油套管通過螺紋連接形成長達數百米至數千米的管柱，承擔了開採油氣的主要任務。
[0003]目前油套管的螺紋主要使用API偏梯形螺紋，API偏梯形螺紋是依據API標準生產和使用的螺紋形式，其加工檢測相對簡單且成本較低。但由於其結構設計方面的原因，存在著許多難以克服的缺陷，如:密封性能低、上扣定位不準確、接頭應力水平高易出現粘扣以及上扣後接箍內部存在環空間隙等，從而導致流體紊流，造成能量損失、抗扭矩能力低，在扭矩過載時螺紋易損壞等問題。故近幾年來API偏梯形螺紋的使用受到了很大限制，迫使人們開發和使用具有較高密封性的特殊螺紋油管和套管，但生產成本也隨之大幅增加。
[0004]隨著油氣勘探程度的提高和對油氣資源需求的不斷增長，深井、超深井、頁巖氣開發已經成為我國油氣勘探開發的主要對象。油套管服役環境更加惡劣，對螺紋接頭提出了「高密封、高強度、高扭矩」的要求，普通的API偏梯形螺紋的連接方式已經難以滿足開採要求。
[0005]因此，需要提供一種高連接強度、高密封性能、高抗扭矩、便於使用控制的油套管螺紋接頭。
實用新型內容
[0006]針對現有技術中的不足，本實用新型的目的在於解決上述技術問題中的一個或多個。
[0007]本實用新型的目的在於解決現有API螺紋連接強度低、接頭應力水平高、內部紊流造成的能量損耗大、上扣定位不準確、抗過扭矩能力低等的缺陷和不足，提供一種高連接強度、高密封性能、高抗扭矩、便於使用控制的油套管螺紋接頭。
[0008]為了實現上述目的，本實用新型提供了一種高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭，所述螺紋接頭包括接箍和兩個管體，所述接箍的兩端分別與所述兩個管體螺紋連接，所述接箍的內表面被接箍的中間平面分為對稱的兩段子內表面，所述子內表面包括由接箍的中部向端部依次設置的第一負角度抗扭矩臺肩、第一錐形密封段和內螺紋段，並且所述接箍的兩端均為直角端面；所述管體的端部的外表面包括由管體的端部向中部依次設置的第二負角度抗扭矩臺肩、第二錐形密封段、外螺紋段和直角抗扭矩臺肩；其中，所述內螺紋段與外螺紋段為互相配合的梯形螺紋；當所述兩個管體分別連接到所述接箍的兩端時，所述第一負角度抗扭矩臺肩與第二負角度抗扭矩臺肩形成過盈配合，所述第一錐形密封段與第二錐形密封段形成過盈配合，所述接箍的直角端面與管體的直角抗扭矩臺肩形成過盈對接配合。
[0009]根據本實用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭的一個實施例，所述接箍的子內表面還包括位於內螺紋段與直角端面之間的鏜孔面，所述管體的端部的外表面還包括位於外螺紋段與直角抗扭矩臺肩之間的退刀槽。
[0010]根據本實用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭的一個實施例，所述梯形螺紋為全頂螺紋，並且所述梯形螺紋的導向面角度為20°、承載面角度為3°、螺紋面錐度為1:16、螺紋過盈量為0.15?0.2mm、螺紋間距為3.175mm、4.234mm或5.08mm。
[0011]根據本實用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭的一個實施例，所述第一錐形密封段和第二錐形密封段的角度為3?5°，所述第一錐形密封段和第二錐形密封段的長度為5?10mm，所述第一錐形密封段與第二錐形密封段形成的過盈配合的過盈量為0.2 ?0.4mm。
[0012]根據本實用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭的一個實施例，所述第一負角度抗扭矩臺肩與第二負角度抗扭矩臺肩的角度為-10?-12° ,第一負角度抗扭矩臺肩與第二負角度抗扭矩臺肩形成的過盈配合的過盈量為0.15?0.25_。
[0013]根據本實用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭的一個實施例，所述接箍的直角端面與管體的直角抗扭矩臺肩形成的過盈對接配合的過盈量為0.1?0.15_。
[0014]根據本實用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭的一個實施例，所述第二負角度抗扭矩臺肩與第二錐形密封段之間採用過渡圓弧面連接。
[0015]根據本實用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭的一個實施例，所述管體的內表面與接箍的內表面的連接處形成平滑過渡連接。
[0016]根據本實用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭的一個實施例，所述管體的端部具有經加厚處理的加厚段，所述加厚段的外徑比管體的未加厚段的外徑大5?6mm。
[0017]根據本實用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭的一個實施例，所述接箍的外徑比API標準接箍的外徑小5?6mm。
[0018]本實用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭採用梯形螺紋設計，能夠減小承載面角度、提高接頭連接強度、減少螺紋幹涉量、降低螺紋間接觸應力並提高接頭抗粘扣能力。其中採用錐形密封面的金屬過盈配合結構，提高了接頭的密封強度，保證了在拉伸、彎曲、壓縮複合載荷下的接頭密封性能；採用負角度抗扭矩臺肩的配合結構，增強接頭的抗過扭矩能力的同時起到輔助密封的作用；採用接箍端面與管體的直角抗扭矩臺肩在上扣後形成的過盈對接配合結構，進一步提高了接頭的抗過扭矩、抗壓縮性能並起到輔助密封的作用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭的配合結構剖視圖。
[0020]圖2是本實用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭中接箍的結構剖視圖。
[0021]圖3A是本實用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭中管體的靠近端部的部分結構剖視圖。
[0022]圖3B是本實用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭中管體的遠離端部的部分結構剖視圖。
[0023]附圖標記說明:
[0024]1-接箍、11-中間平面、12-第一負角度抗扭矩臺肩、13-第一密封段、14-內螺紋段、15-鏜孔面、16-直角端面、2-管體、21-第二負角度抗扭矩臺肩、22-圓弧過渡面、23-第二錐形密封段、24-外螺紋段、25-退刀槽、26-直角抗扭矩臺肩。
【具體實施方式】
[0025]在下文中，將對本實用新型示例性實施例的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭進行詳細說明。
[0026]根據本實用新型的示例性實施例，所述高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭包括接箍I和兩個管體2，接箍I的兩端分別與兩個管體2螺紋連接，由此實現管路連接和油路或氣路的密封。本實用新型主要是通過改進接箍I與管體2的結構以及配合結構來解決現有接頭所存在的問題，其中，接箍1、管體2及其配合結構的改進具體說明如下。
[0027]圖1是本實用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭的配合結構剖視圖，圖2是本實用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭中接箍的結構剖視圖，圖3A是本實用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭中管體的靠近端部的部分結構剖視圖，圖3B是本實用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭中管體的遠離端部的部分結構剖視圖。
[0028]如圖2所示，接箍I的內表面被接箍的中間平面11分為對稱的兩段子內表面，所述子內表面包括由接箍I的中部向端部依次設置的第一負角度抗扭矩臺肩12、第一錐形密封段13和內螺紋段14，並且接箍的兩端均為直角端面16。如圖3A和圖3B所示，管體2的端部的外表面包括由管體2的端部向中部依次設置的第二負角度抗扭矩臺肩21、第二錐形密封段23、外螺紋段24和直角抗扭矩臺肩26。
[0029]根據本實用新型的一個實施例，接箍I的子內表面還包括位於內螺紋段14與直角端面16之間的鏜孔面15，管體2的端部的外表面還包括位於外螺紋段24與直角抗扭矩臺肩26之間的退刀槽25，鏜孔面15與退刀槽25均為加工時產生的副結構。
[0030]其中，內螺紋段14與外螺紋段24為互相配合的梯形螺紋，由此內螺紋段14與外螺紋段24能夠配合實現接箍I與管體2之間的螺紋連接。
[0031]如圖所示，當兩個管體2分別連接到接箍I的兩端時，第一負角度抗扭矩臺肩12與第二負角度抗扭矩臺肩21形成過盈配合,並起到抗過扭矩和輔助密封的作用；第一錐形密封段13與第二錐形密封段23形成過盈配合，並構成主密封結構，提高了接頭的密封強度，還保證了在拉伸、彎曲、壓縮複合載荷下的接頭密封性能；接箍I的直角端面16與管體2的直角抗扭矩臺肩26形成過盈對接配合，進一步提高了接頭的抗過扭矩、抗壓縮性能並起到輔助密封的作用。
[0032]根據本實用新型，上述梯形螺紋為全頂螺紋，避免了黑皮螺紋對粘扣的影響，同時能夠提高螺紋的連接強度。並且根據本實用新型的一個實施例，上述梯形螺紋的導向面角度為20°、承載面角度為3°、螺紋面錐度為1:16、螺紋過盈量為0.15?0.2mm、螺紋間距為3.175mm、4.234mm或5.08mm。其中，可以根據接箍或管體外徑的不同選擇上述三個規格的螺紋間距。
[0033]根據本實用新型的示例性實施例，上述第一錐形密封段13和第二錐形密封段23的角度為3?5°，第一錐形密封段13和第二錐形密封段23的長度為5?10mm，並且第一錐形密封段13與第二錐形密封段23形成的過盈配合的過盈量為0.2?0.4mm,同樣地可以根據接箍I或管體2外徑的不同選擇錐形密封面的長度，通過合適的密封段長度和過盈量的設計能夠有效地避免了密封面發生粘扣的可能性。上述第一負角度抗扭矩臺肩12與第二負角度抗扭矩臺肩21的角度為-10?-12°，第一負角度抗扭矩臺肩12與第二負角度抗扭矩臺肩21形成的過盈配合的過盈量為0.15?0.25mm。上述接箍I的直角端面16與管體2的直角抗扭矩臺肩26形成的過盈對接配合的過盈量為0.1?0.15mm。
[0034]為了避免應力集中，優選地使第二負角度抗扭矩臺肩21與第二錐形密封段23之間採用過渡圓弧面22連接。為了降低紊流造成的能量損失，可以通過對管體2的內壁進行加工，使管體2的內表面與接箍I的內表面的連接處形成平滑過渡連接。並且，為了保證管體2的強度和性能，可以在管體2的端部進行加厚處理，即使管體2的端部具有經加厚處理的加厚段，例如設置為加厚段的外徑比管體的未加厚段的外徑大5?6_。同時，基於本實用新型中接箍I與管體2的特殊連接配合方式，為了提高內通過性，可以使接箍I的外徑比API標準接箍的外徑小5?6mm。以上結構均為更優的設置方式，本實用新型不限於此。
[0035]綜上所述，本實用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭採用梯形螺紋結構進行連接，減小了承載面角度、提高了接頭連接強度、減少了螺紋幹涉量、降低了螺紋間接觸應力並且提高了接頭抗粘扣能力，通過設置錐形密封配合結構和高抗扭矩臺肩配合結構，使整個油套管螺紋接頭具有良好的連接性能、高密封性能以及高抗扭矩性能和抗彎曲性能。
[0036]儘管上面已經結合示例性實施例描述了本實用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭，但是本領域普通技術人員應該清楚，在不脫離權利要求的精神和範圍的情況下，可以對上述實施例進行各種修改。
【權利要求】
1.一種高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭，所述螺紋接頭包括接箍和兩個管體，所述接箍的兩端分別與所述兩個管體螺紋連接，其特徵在於， 所述接箍的內表面被接箍的中間平面分為對稱的兩段子內表面，所述子內表面包括由接箍的中部向端部依次設置的第一負角度抗扭矩臺肩、第一錐形密封段和內螺紋段，並且所述接箍的兩端均為直角端面； 所述管體的端部的外表面包括由管體的端部向中部依次設置的第二負角度抗扭矩臺肩、第二錐形密封段、外螺紋段和直角抗扭矩臺肩； 其中，所述內螺紋段與外螺紋段為互相配合的梯形螺紋；當所述兩個管體分別連接到所述接箍的兩端時，所述第一負角度抗扭矩臺肩與第二負角度抗扭矩臺肩形成過盈配合，所述第一錐形密封段與第二錐形密封段形成過盈配合，所述接箍的直角端面與管體的直角抗扭矩臺肩形成過盈對接配合。
2.根據權利要求1所述的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭，其特徵在於，所述接箍的子內表面還包括位於內螺紋段與直角端面之間的鏜孔面，所述管體的端部的外表面還包括位於外螺紋段與直角抗扭矩臺肩之間的退刀槽。
3.根據權利要求1所述的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭，其特徵在於，所述梯形螺紋為全頂螺紋，並且所述梯形螺紋的導向面角度為20°、承載面角度為3°、螺紋面錐度為1:16、螺紋過盈量為0.15?0.2mm、螺紋間距為3.175mm、4.234mm或5.08mm。
4.根據權利要求1所述的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭，其特徵在於，所述第一錐形密封段和第二錐形密封段的角度為3?5°，所述第一錐形密封段和第二錐形密封段的長度為5?10_，所述第一錐形密封段與第二錐形密封段形成的過盈配合的過盈量為0.2 ?0.4mm。
5.根據權利要求1所述的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭，其特徵在於，所述第一負角度抗扭矩臺肩與第二負角度抗扭矩臺肩的角度為-10?-12° ,第一負角度抗扭矩臺肩與第二負角度抗扭矩臺肩形成的過盈配合的過盈量為0.15?0.25mm。
6.根據權利要求1所述的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭，其特徵在於，所述接箍的直角端面與管體的直角抗扭矩臺肩形成的過盈對接配合的過盈量為0.1?0.15_。
7.根據權利要求1所述的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭，其特徵在於，所述第二負角度抗扭矩臺肩與第二錐形密封段之間採用過渡圓弧面連接。
8.根據權利要求1所述的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭，其特徵在於，所述管體的內表面與接箍的內表面的連接處形成平滑過渡連接。
9.根據權利要求1所述的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭，其特徵在於，所述管體的端部具有經加厚處理的加厚段，所述加厚段的外徑比管體的未加厚段的外徑大5?6mm ο
10.根據權利要求1所述的高抗扭矩高密封性的油套管螺紋接頭，其特徵在於，所述接箍的外徑比API標準接箍的外徑小5?6mm。
【文檔編號】E21B17/08GK204082029SQ201420355662
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年6月30日 優先權日:2014年6月30日
【發明者】村瀨文夫, 晏如, 唐毅, 王利江, 趙明, 王源藝, 賀義, 丁原松, 葉虎, 張峻, 鄧翔, 張謙 申請人:攀成伊紅石油鋼管有限責任公司