高性能油管氣密封螺紋連接結構的製作方法
2023-07-20 14:02:01 1
專利名稱：高性能油管氣密封螺紋連接結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及石油天然氣勘探、開發中的鑽井完井過程中將多支油 管進行密封連接的油管連接結構，特別是一種高性能油管氣密封螺紋連接 結構。
背景技術：
油管柱採用螺紋將單根油井管連接而成，管柱的螺紋連接部位是薄弱
的關鍵環節。在通用的API標準中，油管採用圓螺紋外加厚或不加厚的連 接形式。這些連接形式在保證管柱結構完整性和密封完整性方面都存在一 定的問題。例如，不加厚圓螺紋油管，其螺紋連接強度只為管體強度的60% 80%，外加厚圓螺紋的連接強度雖接近或達到管體強度但需要對管端進行墩 粗處理加工起來比較複雜。
試驗證明，API圓螺紋連接使用合適的螺紋脂，經機緊後具有較好的水 密封性能，但氣密封性能很低。這主要是由於API螺紋連接，在齒頂或 齒側存在間隙。接頭擰接後，嚙合的螺紋接觸面由於過盈存在而有接觸壓 力。同時，藉助螺紋脂填充在螺紋間隙可實現水密封。但在較高溫度下， 填充在螺紋間隙的螺紋脂蒸發和收縮，使嚙合螺紋間有洩漏通道，氣體會 通過這些通道洩漏。另外油氣中含有的硫化氫酸性成分會使普通API油管 發生緩慢的應力腐蝕，導致油管在長期的使用過程中變形破壞。
隨著石油工業的發展，尤其是深井、超深井、高壓氣井、定向井、酸
性環境井的開發，對石油油管的使用性能提出了更高的要求。具有API標 準螺紋連接形式的油管在許多情況下難以滿足生產需求，亟待開發各種類
型的特殊螺紋連接結構，以適應生產的需要。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油管氣密
封特殊扣接頭，以利於改善普通API油管接頭連接強度和密封效果不佳， 無法適用於含硫化氫的酸性環境油井的問題。
為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案是提供一種高性能油管 氣密封螺紋連接結構，該結構包括有一個端部帶有外螺紋的油管和帶有內 螺紋的接箍，通過起連接作用的螺紋部分和防止高壓油氣外洩的密封部分
旋合擰接而成，其中所述油管的外螺紋和接箍的內螺紋均為偏梯型錐螺 紋，所述內外螺紋上設有錐形密封面以及負角度的扭矩臺肩所組成的主密
封結構，螺紋過盈量設計為2. 117mm，密封面採用30度的錐面設計。
偏梯型錐螺紋的螺距為每英寸五牙、每英寸六牙或每英寸八牙，偏梯 型錐螺紋的公端螺紋齒高為1.27mm，母端螺紋齒高為1. 32腿，錐度為1: 16。
所述主密封結構包括有所述油管外螺紋鼻端部和與接箍內螺紋對應處 均設有錐形密封面，在接箍的密封面端面處均設有為上卸扣定位的扭矩臺 肩。
所述油管的公端和接箍的母端的錐形密封面與油管軸線的角度均為30 度，所述扭矩臺肩與油管管體的軸線的角度為70度。
本實用新型的效果是偏梯型螺紋連接使該扣型油管連接結構連接強度 得以加強，改進型的螺距和齒高設計更能適合油管的特點，較小的螺紋過 盈量大角度的密封面和適當的應力分布設計在保證高性能密封能力的同 時，使得油管在多次上卸扣過程中局部過盈應力不會太大，摩擦路徑較小， 不會發生粘扣現象。公母端內孔平齊的設計使得油氣在傳送過程中不會發 生紊流現象，減小傳輸阻力。該結構具有氣密封性能、連接強度、良好的 抗粘扣和抗腐蝕性能。
圖1是本特殊扣油管連接結構的結構示意圖。
圖2是本特殊扣油管連接結構的螺紋牙型放大圖 A、油管 B、接箍
C、螺紋 D、密封結構
具體實施方式
結合附圖及實施例對本實用新型的高性能油管氣密封螺紋連接結構加 以說明。
本實用新型的高性能油管氣密封螺紋連接結構，該結構包括有一個端 部帶有外螺紋的油管和帶有內螺紋的接箍，通過起連接作用的螺紋部分和 防止高壓油氣外洩的密封部分旋合擰接而成，所述油管的外螺紋和接箍的 內螺紋均為偏梯型錐螺紋，所述內外螺紋上設有錐形密封面以及負角度的 扭矩臺肩所組成的主密封結構，螺紋過盈量設計減小為2. 117mm，密封面採 用30度的大錐面設計。
偏梯型錐螺紋的螺距為每英寸五牙、每英寸六牙或每英寸八牙，偏梯 型錐螺紋的公端螺紋齒高為1.27mm，母端螺紋齒高為1. 32mm，錐度為1: 16。
所述主密封結構包括有所述油管外螺紋鼻端部和與接箍內螺紋對應處 均設有錐形密封面，在公端和母端的密封面端面處均設有為上卸扣定位的 扭矩臺肩。
所述油管的公端和接箍的母端錐形密封面與油管軸線的角度均為30 度，所述接箍扭矩臺肩與油管管體軸線的角度為70度。
本實用新型的高性能油管氣密封螺紋連接結構是這樣實現的如圖1 所示，該石油油管特殊扣接頭結構包括油管A和接箍B兩部分組成，所述 油管A部分由偏梯型外螺紋C和含有密封面和止扭矩臺肩的密封結構D部分組成，所述接箍B部分在兩根油管間連接，兩邊結構對稱，包括偏梯型
內螺紋C和與公端鼻端部分對應的密封面和止扭矩臺肩D。
所述偏梯型外螺紋的牙型角為13度，其中承載面cil為3度，導入面 a2為10度，根據外徑規格的不同，齒高分別為h-1.27ram或1.016，螺 距分別為t二5.08或4.233或3. 125mm，螺紋錐度1: 16。所述偏梯型內螺 紋的牙型角、導入面角度、承載面角度、螺距、錐度均與外螺紋一致，齒 高對應分別為h=l. 32或1. 067mm。
連接用偏梯螺紋的牙型結構如圖2所示，所述梯型外螺紋C的牙型角 為13度，其中導入面為10度，承載面為3度，根據外徑規格的不同，齒 高分別為h=l. 27醒或1. 016，螺距分別為t = 5. 08或4. 233或3. 125誦， 螺紋錐度1: 16。所述偏梯型內螺紋C的牙型角、導入面角度、承載面角度、 螺距、錐度均與外螺紋一致，齒高對應分別為h二1.32或1.067ram。
油管出廠前接箍的一邊先與管體擰接到位，運輸至油田，需要下井時 再與另一根油管進行擰接下井，形成密閉的油管柱直至幾千米深的採油氣 層。在擰接上扣過程中，油管A與接箍B進行旋合擰接，，油管上的偏梯 外螺紋C和接箍上的偏梯內螺紋C旋緊配合在一起直至開始發生過盈，產 生一定的接觸應力，但由於公母端螺紋C中間有一定的空隙因此並不能完 成密封。然後油管A和接箍B的密封面部分開始接觸並發生過盈達到密封 的效果，最後當油管A和接箍B的止扭矩臺肩接觸時，旋合扭矩立即快速 上升到達設計的扭矩值時自動停止旋合，為油管A和接箍B之間提供準確 的擰接定位。此時油管A和接箍B能保證連接強度達到或超過管體強度， 受到內壓或外壓時不會先與管體發生洩漏。然後下放管柱繼續進行下一根 油管的上扣連接。
權利要求1、一種高性能油管氣密封螺紋連接結構，該結構包括有一個端部帶有外螺紋的油管和帶有內螺紋的接箍，通過起連接作用的螺紋部分和防止高壓油氣外洩的密封部分旋合擰接而成，其特徵是所述油管的外螺紋和油管的內螺紋均為偏梯型錐螺紋，所述內外螺紋上設有錐形密封面以及負角度的扭矩臺肩所組成的主密封結構，螺紋過盈量設計為2.117mm，密封面採用30度的錐面設計。
2、 根據權利要求1所述的高性能油管氣密封螺紋連接結構，其特徵是: 偏梯型錐螺紋的螺距為每英寸五牙、每英寸六牙或每英寸八牙，偏梯型錐 螺紋的公端螺紋齒高為1.27mm，母端螺紋齒高為1. 32mm，錐度為1: 16。
3、 根據權利要求1所述的高性能油管氣密封螺紋連接結構，其特徵是 所述主密封結構包括有所述油管外螺紋鼻端部和與接箍內螺紋對應處均設 有錐形密封面，在油管的公端和油管的母端的密封面端面處均設有為上卸 扣定位的扭矩臺肩。
4.根據權利要求3所述的高性能油管氣密封螺紋連接結構，其特徵是 所述公端和母端的錐形密封面與油管軸線的角度均為30度，所述母端扭矩 臺肩與油管的螺紋軸線的角度為70度。
專利摘要本實用新型提供一種高性能油管氣密封螺紋連接結構，該結構包括有一個端部帶有外螺紋的油管和帶有內螺紋的接箍，通過起連接作用的螺紋部分和防止高壓油氣外洩的密封部分旋合擰接而成，油管的外螺紋和接箍的內螺紋均為偏梯型錐螺紋，內外螺紋上設有錐形密封面以及負角度的扭矩臺肩所組成的主密封結構，螺紋過盈量設計為2.117mm，密封面採用30度的錐面設計。有益效果是偏梯型螺紋連接使該扣型油管連接結構連接強度得以加強，更能適合油管的特點，較小的螺紋過盈量大角度的密封面和適當的應力分布設計在保證高性能密封能力的同時，使得油管在多次上卸扣過程中局部過盈應力不會太大，摩擦路徑較小，不會發生粘扣現象。該結構具有氣密封性能、連接強度、良好的抗粘扣和抗腐蝕性能。
文檔編號F16L15/06GK201322148SQ20082014476
公開日2009年10月7日 申請日期2008年12月23日 優先權日2008年12月23日
發明者孫一清, 強 屈, 軍 張, 徐志謙, 京 王, 王春河, 峰 邱, 濤 陳, 馬亭彥 申請人:天津鋼管集團股份有限公司