專利名稱：氣井用套管氣密封螺紋接頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種天然氣井用套管螺紋接頭，尤其涉及一種可實現(xiàn)高溫高壓氣井安 全開采的套管特殊螺紋接頭。
背景技術：
石油天然氣開發(fā)中，所采用的套管是由螺紋擰接連接組成的套管柱，螺紋是管柱 中的最薄弱環(huán)節(jié)，其結構完整性、密封完整性和可靠性，嚴重影響油田的安全生產(chǎn)和管柱壽 命。國內外氣密封特殊螺紋主要扣型是VAM、3SB、NSCC、BGC、WSP、TPCQ、APIBC扣等。氣田具有高溫、高壓含腐蝕介質等特點，由于氣套管螺紋接頭在完井施工的不同 階段，在井下承受拉伸、壓縮，內壓和外壓及彎曲復合載荷的作用，極易發(fā)生失效。目前在高 溫高壓井中已使用的部分氣套管發(fā)生了粘扣和氣體泄漏現(xiàn)象，對起出的氣套管接頭觀察， 與流體直接接觸的絲扣連接部位發(fā)生的腐蝕數(shù)量最多，其次為臺肩部位。因此，為確保高溫 高壓井的安全開發(fā)，需要高性能的特殊螺紋接頭氣套管。針對高溫、高壓含腐蝕介質氣井，目前主要采取的氣密封技術措施是采用金屬/ 金屬密封和扭矩臺肩配合，一般為兩級臺肩一級主密封，密封結構有球面/曲面、錐面/錐 面、球面/錐面、柱面/柱面、球面/柱面；臺肩一般采用90°扭矩臺肩、-15°扭矩臺肩 和-20°扭矩臺肩。現(xiàn)有氣密封技術存在的主要問題1.錐面/錐面、柱面/對柱面密封具有接觸壓力峰值高、接觸長度‘均接觸壓力 低的特點，所以存在易粘扣的技術問題。2.球面/錐面、球面/柱面密封具有接觸壓力峰值低、接觸長度低、平均接觸壓力 高的特點，所以存在密封不穩(wěn)定的技術問題。3.采用90°扭矩臺肩，在拉伸載荷下臺肩易分離。4.采用-15°扭矩臺肩和-20°扭矩臺肩，壓縮載荷下臺肩易發(fā)生剪切斷裂失效。5、現(xiàn)有各種氣密封均容易出現(xiàn)臺肩腐蝕現(xiàn)象，造成密封泄漏。

發(fā)明內容
為了解決現(xiàn)有氣井管柱氣密封螺紋接頭容易出現(xiàn)粘扣、密封不穩(wěn)、臺肩失效、臺肩 腐蝕泄露等技術問題，本發(fā)明提出了一種氣井用套管氣密封螺紋接頭。本發(fā)明的技術解決方案是一種氣井用套管氣密封螺紋接頭，包括螺紋接頭、設置在螺紋接頭間的扭矩臺肩1 和主密封，其特殊之處在于所述主密封包括靠近扭矩臺肩1的第一密封2和靠近螺紋接 頭的第二密封3 ；所述第一密封為錐面/錐面密封結構，所述第二密封為錐面/球面密封結 構；所述扭矩臺肩為-4. 5° -5. 5°扭矩臺肩。上述扭矩臺肩為-5°扭矩臺肩。
上述第一密封的錐面的錐度為1 6 1 12，所述第二密封的錐面的錐度與第 一密封的錐面相等；所述第二密封的球面的圓弧R半徑為60 90mm。上述主密封長度H為3 6mm ；所述扭矩臺肩寬度L為4 6mm。上述接頭螺紋為API偏梯形螺紋。上述API偏梯形螺紋的螺紋導向面角度Ci1為10° 45° ；螺紋承載面角度α 2 為 3° -30°。本發(fā)明所具有的有益效果1、本發(fā)明采用-5°扭矩臺肩和兩級密封的結構形式，-5°扭矩臺肩具有抗過扭矩 和抗壓縮的作用，兩級密封可防止粘扣及保證密封完整性，從而保證上扣后臺肩具有較低 的復合應力/接觸應力，可預防臺肩的應力腐蝕和抗壓縮失效問題。錐面/錐面和錐面/ 球面兩級密封，可保證在復合載荷(內壓和拉伸載荷)作用下具有良好的密封完整性，明顯 優(yōu)于目前采用的單級密封結構。2、本發(fā)明特殊螺紋接頭套管可滿足高溫、高壓含腐蝕介質等苛刻工況復合載荷的 需要，具有抗粘扣和過扭矩的性能、復合載荷下連接和密封性能、連接處內壁具有低復合應 力。壓縮效率(40% )和拉伸達到等管體，在VME = 95%材料屈服強度包絡線載荷條件下 不發(fā)生泄漏，確保套管柱的結構和密封完整性。3、本發(fā)明可用于高溫、高壓氣井深井、超深井、定向井和水平井。


圖1為本發(fā)明結構示意圖；圖2為本發(fā)明各部分的關系示意圖；圖3為上扣后的密封面及臺肩面應力分布圖；圖4為內壓作用下密封面及臺肩面應力分布圖；圖5為內壓(73MPa)加拉伸至失效時流體穿透密封的長度示意圖；圖6為復合載荷氣密封試驗加載點示意圖；附圖標記為1-扭矩臺肩；2-第一密封；3-第二密封；4-儲油退刀槽；5-螺紋 承載面；6-螺紋導向面；α C1-扭矩臺肩傾角；Ci1-螺紋導向面角度；Ci2-螺紋承載面角度； H-主密封長度；R-第二密封的球面的圓弧半徑；L-扭矩臺肩寬度；H-儲油退刀槽高度。
具體實施例方式本發(fā)明螺紋接頭是由-5°角扭矩臺肩、兩級主密封面(錐面\錐面、錐面\球面)、 儲油和退刀槽、螺紋面組成。臺肩逆向角度為-5° ；螺紋導向面角度為10° 45° ；螺紋 承載面角度為3° -30° ；主密封長度為3mm 6mm，錐度為1 6 1 12 ；主密封圓弧 半徑為60mm 90mm ；主密封臺肩寬度4mm 6mm ；儲油退刀槽高度為6mm 11mm。本發(fā)明的接頭螺紋以API偏梯形螺紋為基礎，調整內外螺紋的中徑就可以完成， 而不需改變內外接頭螺紋的其余參數(shù)。本發(fā)明各部分的功能1、扭矩臺肩上扣定位，抗過扭矩，降低臺肩處應力集中；2、第一密封(錐面/錐面)增加密封接觸長度及穩(wěn)定性；
3、第二密封(錐面/球面)在復合載荷作用下，保持密封接觸壓力；4、儲油及退刀槽功能儲存多余螺紋脂及內螺紋加工退刀；5、承載面(角度α 2小于3° )功能提高抗拉伸和彎曲的能力；6、導向面(角度α i大于10° )功能保證上扣不粘扣。本發(fā)明可根據(jù)具體工況的要求，選用不同規(guī)格的該特殊螺紋套管。加工時，首先加 工內外螺紋密封面，然后加工扭矩臺肩，最后再加工螺紋結構。接箍與管體同鋼級，內螺紋 鍍銅或磷化層20um厚，外螺紋表面可噴丸硬化。上扣時兩端均勻涂抹API螺紋脂，夾持接 箍，工廠端采用最大扭矩上扣，現(xiàn)場端采用最佳扭矩上扣。本發(fā)明技術效果驗證本發(fā)明設計采用有限元分析和實物試驗驗證，表明在上扣、 內壓及拉伸載荷作用下，該螺紋結構形式具有良好的密封性能和降低臺肩應力的作用。對 規(guī)格139. 7X9. 17mm N80的套管進行力學分析，有限元分析結果見圖3至圖5所示，上卸 扣試驗結果經(jīng)3次上扣、3次卸扣和1次過扭矩試驗均無粘扣發(fā)生，上扣扭矩規(guī)定見表1。 在VME = 85%復合載荷包絡線及熱循環(huán)條件下下無泄漏發(fā)生，拉伸失效載荷達到等管體要 求。表1上扣扭矩(N/m)
權利要求
1.一種氣井用套管氣密封螺紋接頭，包括螺紋接頭、設置在螺紋接頭間的扭矩臺肩 (1)和主密封，其特征在于所述主密封包括靠近扭矩臺肩(1)的第一密封( 和靠近螺紋 接頭的第二密封(3)；所述第一密封為錐面/錐面密封結構，所述第二密封為錐面/球面密 封結構；所述扭矩臺肩為-4. 5° -5. 5°扭矩臺肩。
2.根據(jù)權利要求1所述的氣井用套管氣密封螺紋接頭，其特征在于所述扭矩臺肩 為-5°扭矩臺肩。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的氣井用套管氣密封螺紋接頭，其特征在于所述第一密 封的錐面的錐度為1 6 1 12，所述第二密封的錐面的錐度與第一密封的錐面相等； 所述第二密封的球面的圓弧R半徑為60 90mm。
4.根據(jù)權利要求3所述的氣井用套管氣密封螺紋接頭，其特征在于所述主密封長度H 為3 6mm ；所述扭矩臺肩寬度L為4 6mm。
5.根據(jù)權利要求3所述的氣井用套管氣密封螺紋接頭，其特征在于所述接頭螺紋為 API偏梯形螺紋。
6.根據(jù)權利要求5所述的氣井用套管氣密封螺紋接頭，其特征在于所述API偏梯形 螺紋的螺紋導向面角度α工為10° 45° ；螺紋承載面角度α 2為3° -30°。
全文摘要
本發(fā)明涉及氣井用套管氣密封螺紋接頭，包括螺紋接頭、設置在螺紋接頭間的扭矩臺肩和主密封，主密封包括靠近扭矩臺肩的第一密封和靠近螺紋接頭的第二密封；第一密封為錐面/錐面密封結構，第二密封為錐面/球面密封結構；所述扭矩臺肩為-4.5°～-5.5°扭矩臺肩。本發(fā)明解決了現(xiàn)有氣井管柱氣密封螺紋接頭容易出現(xiàn)粘扣、密封不穩(wěn)、臺肩失效、臺肩腐蝕泄露等技術問題，本發(fā)明具有良好的密封完整性，能夠確保套管柱的結構和密封完整性。
文檔編號E21B17/08GK102071881SQ201110038018
公開日2011年5月25日 申請日期2011年2月15日 優(yōu)先權日2010年12月8日
發(fā)明者馮耀榮, 劉文紅, 宋生印, 易曉明, 楊力能, 楊龍, 王建東, 秦長毅 申請人:中國石油集團石油管工程技術研究院, 西安三環(huán)科技開發(fā)總公司