專利名稱：抗壓縮及抗彎曲的鉤形齒螺紋連接結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及管道密封連接結(jié)構(gòu)，特別是一種抗壓縮及抗彎曲的鉤形齒螺紋連接結(jié)構(gòu)，更適合油田特殊需要的大偏斜井、水平井用石油套管螺紋連接結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
我國陸上現(xiàn)有油田300多個，氣田近百個，形成了諸多油氣井生產(chǎn)基地。油層埋藏深度在1000m~7000m左右。開采這些油氣資源所用的石油管材為套管和油管。套管、油管及鉆桿等統(tǒng)稱油井管，服役時油井管由專用螺紋連接成數(shù)千米長的管柱。管柱在不同井段要長時間承受拉伸、壓縮、彎曲、內(nèi)壓、外壓和熱循環(huán)等復(fù)合應(yīng)力的作用，服役條件十分惡劣，一般情況下螺紋連接部位是整個油井管柱最薄弱的環(huán)節(jié)。
油井管螺紋應(yīng)具備兩個特性1)結(jié)構(gòu)完整性；2)密封完整性。結(jié)構(gòu)完整性要求螺紋嚙合后要具備有足夠的連接強度，不至于在外力的作用下使結(jié)構(gòu)受到破壞。密封完整性要求要能保證含有數(shù)以百計螺紋連接接頭的管柱在各種外力狀態(tài)下承受內(nèi)外壓差(一般為幾百個大氣壓)的長期作用而不泄漏。螺紋連接強度與密封性是油套管極為重要的兩個技術(shù)指標。
目前，在通用的API油套管標準系列中，采用的多是短圓螺紋、長圓螺紋、偏梯形螺紋。在保障管柱的結(jié)構(gòu)完整性和密封完整性方面都存在各自的問題。如圓螺紋管柱密封性好于偏梯形螺紋，但其螺紋連接部位只能承受相當于管體強度的60％～80％的拉伸載荷；偏梯形螺紋的連接強度好于圓螺紋管柱，但螺紋密封性能較低，氣密封壓力一般不超過28MP。為了彌補上述齒型自身先天的不足，人們又設(shè)計出一些特殊螺紋連接；如利用偏梯形螺紋連接強度高的優(yōu)點，在其接箍與套管錐度螺紋的D段與C段增加一組相互配合的密封錐面，并在臨近錐形密封面的位置設(shè)計有扭矩臺肩的方法以彌補其螺紋密封性能較差的不足。但是隨著自然界中油、氣資源的逐漸減少，開采難度越來越大，上述辦法遠不能完全適應(yīng)某些高壓油氣井，尤其是高抗壓縮、抗彎曲性，大偏斜井、水平井的技術(shù)要求，它們難以完成復(fù)雜地層油氣井的使用。所以，國內(nèi)油田特殊用途的油套管仍需要大量進口。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)中存在的問題，本實用新型的目的是提供一種抗壓縮及抗彎曲的鉤形齒螺紋連接結(jié)構(gòu)，同時滿足大偏斜井、水平井的技術(shù)要求，在復(fù)合負載情況下無氣體泄漏的高密封性能的鉤形齒螺紋連接結(jié)構(gòu)的套管和油管。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是提供一種抗壓縮及抗彎曲的鉤形齒螺紋連接結(jié)構(gòu)，其中它包括有一個兩端帶有內(nèi)螺紋及錐形密封面與扭矩臺肩的接箍，還有兩支分別帶有外螺紋和錐形密封面及扭矩臺肩的套管連接組成；套管端部為外螺紋與接箍端部內(nèi)螺紋旋合擰接，接箍端部內(nèi)螺紋的D段設(shè)有內(nèi)密封錐面，在內(nèi)密封錐面的端部設(shè)有內(nèi)扭矩臺肩；所述套管端部的外螺紋C段設(shè)有外密封錐面，在套管端部外螺紋的C段設(shè)有外扭矩臺肩，接箍端部內(nèi)螺紋的內(nèi)密封錐面和內(nèi)扭矩臺肩與套管外螺紋外密封錐面和外扭矩臺肩相接觸；所述內(nèi)螺紋及外螺紋均由鉤形齒螺紋構(gòu)成。
所述鉤形齒螺紋的牙型為鉤形齒齒型，其導(dǎo)入面角度為20°，承載面角度為-4°，牙形角為16°。
所述內(nèi)螺紋的齒高為1.675mm，外螺紋的齒高為1.575mm；內(nèi)外螺紋的半齒高設(shè)置為非對稱式。
在所述內(nèi)外螺紋的D段與C段分別設(shè)置為帶有密封臺肩的密封錐面。
所述內(nèi)螺紋的內(nèi)扭矩臺肩與外螺紋的外扭矩臺肩為15°角。
所述內(nèi)螺紋的內(nèi)密封錐面和外螺紋的外密封錐面的夾角均為40°，形成接箍與套管的金屬對金屬的密封。
本實用新型的有益效果是該鉤形齒型套管螺紋連接結(jié)構(gòu)的特點1、鉤形齒齒型其導(dǎo)入面角度為20°，承載面角度為-4°；不同于通常使用的偏梯形齒型，導(dǎo)入面角度是10°，承載面角度為3°。該鉤形齒螺紋接頭結(jié)構(gòu)在高壓縮及高彎曲外載下都有較好的性能，抗內(nèi)壓強度和抗外擠強度均能達到與管體等同。
2、內(nèi)螺紋的齒高比外螺紋齒高略高，內(nèi)外螺紋的半齒高為非對稱式，不同于API標準中偏梯螺紋的螺紋中徑線在螺紋齒高的1/2處位置。由于將內(nèi)外螺紋中徑嚙合點設(shè)計在相同齒高位置，則內(nèi)螺紋齒底與外螺紋齒頂必然會產(chǎn)生一個間隙，這個間隙為油井管所涂的絲扣油(或稱為螺紋脂)所產(chǎn)生的壓力提供一條通道，使其壓力得以釋放，以減少對管柱的影響；同時避免螺紋粘扣現(xiàn)象的發(fā)生。
3、為優(yōu)化主密封面的應(yīng)力分布，該結(jié)構(gòu)的密封夾角設(shè)計成40°呈金屬對金屬密封，不同于通常的1∶10密封錐度。
4、由于是鉤形齒螺紋加錐密封連接結(jié)構(gòu)，采用了金屬對金屬密封，使氣密封性能更高、更可靠，從而可以實現(xiàn)在高壓力、高彎曲下的氣體不泄漏。
5、又由于有15°角的扭矩臺肩，從而保證了精確的擰接定位，同時也加強了密封能力。
6、采用本結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以最大限度的減少螺紋發(fā)生粘扣的可能性，并且提高了螺紋的抗磨損能力，減少了擰接后被封堵的絲扣油所產(chǎn)生的不利影響。


圖1為本實用新型的接箍半剖結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的I部放大示意圖；
圖3為本實用新型的套管半剖結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3的局部放大圖；圖5為接箍與套管內(nèi)外螺紋連接部分半剖面示意圖；圖6為圖5鉤形齒齒型的局部放大示意圖。
圖中A、套管 B、接箍1、外螺紋 2、內(nèi)螺紋 3、鉤形齒齒型4、內(nèi)密封錐面 5、內(nèi)扭矩臺肩 6、外密封錐面7、外扭矩臺肩具體實施方式
結(jié)合附圖對本實用新型的抗壓縮及抗彎曲的鉤形齒螺紋連接結(jié)構(gòu)加以說明。
如圖1-6所示，該抗壓縮及抗彎曲的鉤形齒螺紋連接結(jié)構(gòu)它包括有一個兩端帶有內(nèi)螺紋及錐形密封面與扭矩臺肩的接箍B，還有兩支分別帶有外螺紋和錐形密封面及扭矩臺肩的套管A連接組成；套管A端部為外螺紋1與接箍B端部內(nèi)螺紋2旋合擰接，接箍B端部內(nèi)螺紋2的D段設(shè)有內(nèi)密封錐面4，在內(nèi)密封錐面4的端部設(shè)有內(nèi)扭矩臺肩5；所述套管A端部的外螺紋1的C段設(shè)有外密封錐面6，在套管A端部外螺紋1的C段設(shè)有外扭矩臺肩7，接箍B端部內(nèi)螺紋2的內(nèi)密封錐面4和內(nèi)扭矩臺肩5與外螺紋1的C段外密封錐面6和外扭矩臺肩7相接觸；所述內(nèi)螺紋2及外螺紋1均由鉤形齒齒型3構(gòu)成。
圖2中內(nèi)螺紋內(nèi)密封錐面4和外螺紋外密封錐面6的密封角度均為40°，內(nèi)密封錐面4的測量直徑要小于外螺紋外密封面6的測量直徑。內(nèi)密封錐面4和外密封錐面6的測量直徑依據(jù)設(shè)計的公差要求加工，以保證內(nèi)密封錐面4和外密封錐面6之間的過盈量能夠滿足氣體密封的要求。內(nèi)扭矩臺肩5提供精確的定位，擰接后，密封錐面4和6的直徑過盈量處于一個設(shè)計要求的范圍內(nèi)。內(nèi)扭矩臺肩5、外扭矩臺肩7設(shè)計為15°角結(jié)構(gòu)，能夠增強接箍B與套管A的金屬對金屬的密封能力。
該連接的螺紋部分由于使用的是鉤形齒齒型，當管體的壁厚在一定的范圍時，15°角的扭矩臺肩與鉤形齒承載面的負角度產(chǎn)生一個楔形效果，增強了該氣密封螺紋連接的抗外部擠壓力的能力。
具體實施本螺紋連接采用如下數(shù)據(jù)該螺紋連接的內(nèi)外螺紋均采用鉤形齒齒型3的螺紋，承載側(cè)面的角度為-4°、導(dǎo)入側(cè)面的角度為20°、螺紋的螺距為5.08mm(沿軸線方向)、內(nèi)螺紋2在螺紋中徑線上的厚度為2.54mm、螺紋的高度為1.676mm(垂直于軸線)、螺紋的錐度為1∶16；外螺紋1同樣采用鉤形齒齒型3的螺紋，承載側(cè)面的角度為-4°、導(dǎo)入側(cè)面的角度為20°、外螺紋的齒高為1.575mm(垂直于軸線)、螺紋的螺距為5.08mm(沿軸線方向)、外螺紋在螺紋中徑線上的厚度為2.49mm(沿軸線方向)、螺紋的錐度為1∶16。
為提高鉤形齒齒型螺紋連接的抗磨損性能及密封性能，內(nèi)螺紋2的齒高比外螺紋齒高略高一些。內(nèi)外螺紋的半齒高為非對稱式，不同于API標準的螺紋中徑線在螺紋齒高的1/2處位置。內(nèi)外螺紋導(dǎo)入側(cè)最小間隙為0.048mm，最大間隙為0.144mm；內(nèi)外螺紋齒根最小間隙為0.10mm，最大間隙為0.15mm。
權(quán)利要求1.一種抗壓縮及抗彎曲的鉤形齒螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征是它包括有一個兩端帶有內(nèi)螺紋及錐形密封面與扭矩臺肩的接箍(B)，還有兩支分別帶有外螺紋和錐形密封面及扭矩臺肩的套管(A)連接組成；套管(A)端部為外螺紋(1)與接箍(B)端部內(nèi)螺紋(2)旋合擰接，接箍(B)端部內(nèi)螺紋(2)的D段設(shè)有內(nèi)密封錐面(4)，在內(nèi)密封錐面(4)的端部設(shè)有內(nèi)扭矩臺肩5；所述套管(A)端部的外螺紋(1)C段設(shè)有外密封錐面(6)，在套管(A)端部外螺紋(1)的C段設(shè)有外扭矩臺肩(7)，接箍(B)端部內(nèi)螺紋(2)的內(nèi)密封錐面(4)和內(nèi)扭矩臺肩(5)與套管(A)外螺紋(1)外密封錐面(6)和外扭矩臺肩(7)相接觸；所述內(nèi)螺紋(2)及外螺紋(1)均由鉤形齒螺紋(3)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗壓縮及抗彎曲的鉤形齒螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征是所述鉤形齒螺紋的牙型為鉤形齒齒型(3)，其導(dǎo)入面角度為20°，承載面角度為-4°，牙形角為16°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗壓縮及抗彎曲的鉤形齒螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征是所述內(nèi)螺紋(2)的齒高為1.675mm，外螺紋(1)的齒高為1.575mm；內(nèi)外螺紋的半齒高設(shè)置為非對稱式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗壓縮及抗彎曲的鉤形齒螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征是在所述內(nèi)外螺紋的D段、C段分別設(shè)置為帶有密封臺肩的密封錐面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗壓縮及抗彎曲的鉤形齒螺紋連接結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特征是所述內(nèi)螺紋(2)的內(nèi)扭矩臺肩(5)與外螺紋(1)的外扭矩臺肩(7)為15°角。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗壓縮及抗彎曲的鉤形齒螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征是所述內(nèi)螺紋(2)的內(nèi)密封錐面(4)和外螺紋(1)的外密封錐面(6)的夾角均為40°，形成接箍(B)與套管(A)的金屬對金屬的密封。
專利摘要本實用新型提供一種抗壓縮及抗彎曲的鉤形齒螺紋連接結(jié)構(gòu)，它包括有兩端帶有內(nèi)螺紋及錐形密封面與扭矩臺肩的接箍B，還有兩支分別帶有外螺紋和錐形密封面及扭矩臺肩的套管A連接組成；套管A端部為外螺紋與接箍B端部內(nèi)螺紋均由鉤形齒螺紋旋合擰接，接箍B端部內(nèi)螺紋的D段帶有內(nèi)扭矩臺肩與內(nèi)密封錐面，套管A端部的外螺紋C段帶有外扭矩臺肩與外密封錐面，接箍端部內(nèi)密封錐面和內(nèi)扭矩臺肩與套管外密封錐面與外扭矩臺肩相接觸。這種鉤形齒螺紋連接結(jié)構(gòu)。有益效果是該連接結(jié)構(gòu)在高壓縮及高彎曲外載下都有較好的性能，抗內(nèi)壓強度和抗外擠強度均能達到與管體等同。實現(xiàn)金屬對金屬密封的優(yōu)化主密封面，使氣密封性能更高、更可靠，從而可以實現(xiàn)在高壓力、高彎曲下的氣體不泄漏。
文檔編號E21B17/02GK2886276SQ20062002594
公開日2007年4月4日 申請日期2006年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月29日
發(fā)明者王京, 邱峰, 徐志謙, 郝玉華, 徐景云, 徐永祥, 王春河, 張軍, 孫一清, 屈強, 馬亭延, 陳濤 申請人:天津鋼管集團有限公司