專利名稱：一種具有良好密封性能的石油套管螺紋連接結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及石油套管螺紋連接結構技術領域，具體涉及一種具有良好密封性能的石油套管螺紋連接結構。
背景技術：
近幾年，隨著我國石油工業(yè)的發(fā)展，油、氣鉆井環(huán)境日益苛刻，特別是深井、超深井、高壓氣井，水平井、大位移井、熱注采井的開發(fā)，對油、套管的使用性能提出了更高的要求，促使特殊螺紋接頭油、套管的用量及應用水平有了較大的提高。天津鋼管公司、寶山鋼鐵公司、無錫西姆萊斯石油專用管有限公司、衡陽鋼管廠等主要油井管制造企業(yè)也陸續(xù)成功開發(fā)了特殊螺紋接頭油、套管產(chǎn)品并在油田得到應用。目前，在油田主要使用的典型特殊螺紋接頭油、套管，包括VAM系列、NK3SB、F0X及TPCQ等產(chǎn)品的設計思想的共同之處是采用單級金屬過盈密封及單級扭矩臺肩。目前的常見的采用單級金屬過盈密封及單級扭矩臺肩的石油套管螺紋連接結構包括管體和接箍，管體的端部有外螺紋，接箍內表面設置有內螺紋，所述接箍上的內螺紋由接箍中部的圓柱管段分為對稱的兩段，接箍由根部向外依次設置有內扭矩臺肩和內密封面，管體的端部由外向內依次設置有與接箍過盈配合的外扭矩臺肩和外密封面。內扭矩臺肩和外扭矩臺肩構成單級扭矩臺肩，內密封面和外密封面構成單級金屬過盈密封。但這類結構的不足之處是套管在下井作業(yè)、承受較大的軸向載荷和彎曲載荷時， 單級密封面或扭矩臺肩一旦受損或發(fā)生較大的變形，接頭的密封能力將明顯降低，甚至發(fā)生失效事故。未來我國西部油田可能出現(xiàn)埋深7000m、地層壓力120MPa、溫度150°C的超深層超高壓高溫氣井，迫切需要密封壓力更高并且密封性能更加可靠的優(yōu)質特殊螺紋接頭。
發(fā)明內容本實用新型要提供一種具有良好密封性能的石油套管螺紋連接結構，以解決現(xiàn)有技術在高壓和復合載荷條件下密封可靠性不高，其氣密封能力下降，甚至發(fā)生失效事故的問題。為克服現(xiàn)有技術存在的問題，本實用新型的技術方案是為克服現(xiàn)有技術存在的問題，本實用新型提供的技術方案是一種具有良好密封性能的石油套管螺紋連接結構，包括管體和接箍，所述接箍由根部向外依次設置有內主扭矩臺肩、內主密封面和內螺紋，管體上由外向內依次設置有與接箍過盈配合的外主扭矩臺肩、外主密封面和外螺紋，其特征是所述接箍上內主密封面的外側還設置有輔助內密封錐面和內圓柱段，管體上外主密封面的內側還設置有輔助外密封錐面和外圓柱段；所述內圓柱段和外圓柱段之間設置有配合間隙。上述內主密封面和外主密封面分別為錐面和球面。兩者配合形成應力分布更為合理的密封面。上述接箍和管體上各個連接段之間均設置有過渡圓弧或球面。
3[0010]本實用新型結構與現(xiàn)有技術相比，具有顯著進步，具體表現(xiàn)在以下幾個方面1)設計了兩級扭矩臺肩，在現(xiàn)有結構的主扭矩臺肩的基礎上，增加了輔助內密封錐面和輔助外密封錐面構成的輔助扭矩臺肩，兩級扭矩臺肩相互保護、支撐，提高了接頭的抗過扭能力，同時也進一步提高了上扣定位的準確可靠性；2)將主密封設置在主扭矩臺肩和輔助扭矩臺肩之間，有效減少了臺肩變形對主密封面的影響；3)多級金屬密封，管體和接箍以一定的扭矩旋合后，將形成三重金屬密封，由管體端部向內依次為主臺肩密封、球面/錐面金屬主密封、錐面/錐面金屬副密封(同時是輔助扭矩臺肩)，顯著提高了螺紋連接在高壓和復合載荷作用下的密封可靠性；4)在輔助臺肩和螺紋之間設計了具有一定間隙的圓柱段，配合內、外螺紋主、副臺肩部位不同的圓弧過渡形成的間隙可儲存多余的螺紋脂，有效降低了螺紋脂堆積對密封接觸壓力的帶來的不利影響。


圖1是本實用新型整體結構示意圖；圖2是接箍結構示意圖；圖3是接箍密封結構放大示意圖；圖4是管體結構示意圖；圖5是管體密封結構放大示意圖。附圖標記說明如下1-管體，2-接箍，3-內螺紋，4-內圓柱段，5-內輔助扭矩臺肩，6_內主密封面， 7-內主扭矩臺肩，8-圓柱管段，9-外螺紋，10-外圓柱段，11-外輔助扭矩臺肩，12-外主密封面，13-外主扭矩臺肩。
具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型進行詳細地描述。參見圖1 圖3，一種具有良好密封性能的石油套管螺紋連接結構，包括管體1和接箍2，接箍2上的內螺紋3由中間的圓柱管段8分為對稱的兩段，所述接箍2由根部向外依次設置有內主扭矩臺肩7、內主密封面6和內螺紋3，管體1上由外向內依次設置有與接箍2過盈配合的外主扭矩臺肩13、外主密封面12和外螺紋9。所述接箍2上內主密封面6 的外側還設置有內輔助扭矩臺肩5和內圓柱段4，管體1上外主密封面12的內側還設置有外輔助扭矩臺肩11和外圓柱段10 ；所述內圓柱段4和外圓柱段10之間設置有配合間隙。 所說的內主密封面6和外主密封面12分別為錐面和球面，在接箍2和管體1上的各個連接段之間均設置有過渡圓弧或球面。本實用新型使用中，管體1和接箍2以一定的扭矩旋合后，內主扭矩臺肩7外主扭矩臺肩13配合形成主扭矩臺肩結構，內輔助扭矩臺肩5和11配合形成輔助扭矩臺肩結構， 同時兼?zhèn)漭o助密封功能；同時外螺紋9與內螺紋3、外輔助扭矩臺肩11與內輔助扭矩臺肩 5、外主密封面12與內主密封面6、外主扭矩臺肩13與7分別形成金屬過盈配合，該結構中形成三重金屬密封設計，即球面/錐面金屬主密封、錐面/錐面金屬副密封、主臺肩密封。本實用新型同時采用雙臺肩及多級密封設計，具體加工時，主扭矩臺肩采用-10° -20°臺肩形式，輔助扭矩臺肩采用15° 30°臺肩形式，并且將主密封設置
4在主臺肩和輔助臺肩之間加以保護。螺紋部分采用了連接效率較高的改進偏梯型螺紋，每 25. 4mm長度上5牙螺紋，螺紋錐度為1 16，螺紋牙頂平行于管子母線，螺紋的承載面角選擇-5°到+5°，導向面角選擇從10°到20°，螺紋接頭的連接效率達到100% ；螺紋過盈量選擇0. Imm 0. 2mm,比API偏梯型螺紋過盈量減少了 75%，顯著減小了螺紋接頭的環(huán)向應力，降低了螺紋接頭的應力腐蝕敏感性。 按照本實用新型設計方案，提供一種具體規(guī)格的產(chǎn)品如下產(chǎn)品規(guī)格為 0l77.8mmX 10.36mm，鋼級為P110。管體及接箍的幾何尺寸及材料性能按照API 5CT標準要求。每25. 4mm長度上5牙螺紋，螺紋錐度為1 16，管體1的螺紋牙型高度為1. 575mm, 接箍2的螺紋牙型高度為為1. 778mm，螺紋牙頂平行于管子母線，螺紋的承載面角度-3°， 導向面角度10° ；主扭矩臺肩角度為-15°，輔助扭矩臺肩角度為20° ；管體1外螺紋球面直徑為200mm，接箍2的密封密封面錐度為1/20 ；管體1和接箍2對應圓柱段的間隙為 1. 82mm0
權利要求1.一種具有良好密封性能的石油套管螺紋連接結構，包括管體(1)和接箍0)，所述接箍O)由根部向外依次設置有內主扭矩臺肩(7)、內主密封面(6)和內螺紋(3)，管體(1) 上由外向內依次設置有與接箍( 過盈配合的外主扭矩臺肩(13)、外主密封面(1 和外螺紋(9)，其特征是所述接箍( 上內主密封面(6)的外側還設置有內輔助扭矩臺肩(5) 和內圓柱段(4)，管體(1)上外主密封面(1 的內側還設置有外輔助扭矩臺肩(11)和外圓柱段(10)；所述內圓柱段(4)和外圓柱段(10)之間設置有配合間隙。
2.根據(jù)權利要求2所述的一種具有良好密封性能的石油套管螺紋連接結構，其特征在于所述內主密封面(6)和外主密封面(1 分別為錐面和球面，兩者配合形成應力分布更為合理的密封面。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種具有良好密封性能的石油套管螺紋連接結構，其特征在于所述接箍( 和管體(1)上各個連接段之間均設置有過渡圓弧或球面。
專利摘要本實用新型涉及一種具有良好密封性能的石油套管螺紋連接結構。現(xiàn)有技術中常采用單級金屬過盈密封及單級扭矩臺肩的石油套管螺紋連接結構包括管體和接箍，管體的端部有外螺紋，接箍內表面設置有內螺紋，這類套管在下井作業(yè)、承受軸向載荷和彎曲載荷時，單級密封面或扭矩臺肩一旦受損或發(fā)生較大的變形，密封能力會明顯降低，甚至失效。本實用新型在接箍上內主密封面的外側還設置有輔助內密封錐面和內圓柱段，管體上外主密封面的內側還設置有輔助外密封錐面和外圓柱段；內圓柱段和外圓柱段之間設置有配合間隙。本實用新型定位準確；減少了臺肩變形對主密封面的影響；提高了螺紋連接的密封可靠性；降低了螺紋脂堆積對密封接觸壓力的帶來的不利影響。
文檔編號E21B17/08GK202073505SQ201120036268
公開日2011年12月14日 申請日期2011年2月11日 優(yōu)先權日2010年12月27日
發(fā)明者孫世杰, 張始偉, 楊忠文, 畢宗岳, 沈忠華, 王楓, 王長順, 矯健 申請人:天津德華石油裝備制造有限公司, 寶雞石油鋼管有限責任公司, 勝利油田孚瑞特石油裝備有限責任公司, 鞍鋼股份有限公司