專利名稱：高密封偏梯形螺紋套管接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及應(yīng)用于石油行業(yè)的油井管螺紋接頭，具體地說(shuō)是一種高密封偏梯形螺紋套管接頭。
背景技術(shù)：
油井管行業(yè)中的油套管主要是通過(guò)螺紋接頭連接起來(lái)，形成油套管柱，長(zhǎng)度達(dá)到數(shù)千米，其中螺紋接頭的連接強(qiáng)度、密封性能、抗彎曲能力、抗扭矩性能及拉伸載荷等性能的優(yōu)劣直接影響著油井管的連接質(zhì)量。不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)需要不同的螺紋連接形式的油井管，以滿足使用要求。隨著油田開采的不斷發(fā)展，對(duì)油井管螺紋接頭的要求越來(lái)越嚴(yán)格，特別是對(duì)油井管的相關(guān)主要性能指標(biāo)要求越來(lái)越高?，F(xiàn)有的API (美國(guó)石油學(xué)會(huì))偏梯形螺紋接頭，存在抗扭矩性能較弱，連接強(qiáng)度低，密封性能差，抗擠毀能力差等不足。世界各油井管加工企業(yè)對(duì)螺紋接頭不斷地創(chuàng)新，出現(xiàn)了不同的螺紋結(jié)構(gòu)連接形式，但是還是不能夠滿足油田開采的使用要求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種高密封偏梯形螺紋套管接頭，該接頭連接強(qiáng)度高，密封性能好，抗壓縮載荷能強(qiáng)，同時(shí)抗扭矩性能高。按照本實(shí)用新型的技術(shù)方案一種高密封偏梯形螺紋套管接頭，包括通過(guò)螺紋連接的接箍及管體，所述接箍?jī)?nèi)壁的軸向中部設(shè)置有環(huán)狀的內(nèi)臺(tái)階柱面；所述接箍的兩端加工有標(biāo)準(zhǔn)偏梯形內(nèi)螺紋，所述偏梯形內(nèi)螺紋靠近所述內(nèi)臺(tái)階柱面的后端設(shè)置有楔形內(nèi)螺紋，所述管體端部的外壁上加工有標(biāo)準(zhǔn)偏梯形外螺紋，所述偏梯形外螺紋的前端設(shè)置有楔形外螺紋，所述楔形內(nèi)螺紋與所述楔形外螺紋的牙側(cè)角為負(fù)角度；所述內(nèi)臺(tái)階柱面的兩端面與所述管體的端部之間分別設(shè)置有金屬密封結(jié)構(gòu)，所述金屬密封結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所述接箍上的內(nèi)密封結(jié)構(gòu)及設(shè)置在所述管體上的外密封結(jié)構(gòu)；所述內(nèi)密封結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所述內(nèi)臺(tái)階柱面端面與所述接箍?jī)?nèi)螺紋端部之間的內(nèi)密封面，所述內(nèi)臺(tái)階柱面的端面的徑向中部向內(nèi)凹入形成凹槽；所述外密封結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所述管體端部外壁上的外密封面，所述管體端面的徑向中部向外凸出形成凸起。所述牙側(cè)角的值為5° 15°。所述楔形內(nèi)螺紋與所述楔形外螺紋的牙數(shù)為Γ5牙。所述內(nèi)臺(tái)階柱面端面凹槽的一邊與所述接箍軸線之間形成的銳角為內(nèi)密封面倒角，所述內(nèi)密封面倒角的值為10° 30°，其另一邊與所述接箍徑向之間形成的銳角為內(nèi)臺(tái)肩倒角，所述內(nèi)臺(tái)肩倒角的值為8° ^35° ;所述管體端面凸起的一邊與所述管體的軸線之間形成的銳角為外密封面倒角，所述外密封面倒角與所述內(nèi)密封面倒角的值相同，其另一邊與所述管體徑向之間形成的銳角為外臺(tái)肩倒角，所述外臺(tái)肩倒角比所述內(nèi)臺(tái)肩倒角小0 2。。[0009]所述內(nèi)臺(tái)階柱面端面凹槽的頂點(diǎn)處設(shè)置有內(nèi)頂點(diǎn)圓弧，所述內(nèi)頂點(diǎn)圓弧的半徑為O. 2(Tl. 2mm ;所述管體端面凸起的頂點(diǎn)處設(shè)置有外頂點(diǎn)圓弧，所述外頂點(diǎn)圓弧的半徑比所述內(nèi)頂點(diǎn)圓弧的半徑大0 0. 5mm。所述內(nèi)密封面的長(zhǎng)度為riOmm，所述外密封面的長(zhǎng)度比所述內(nèi)密封面的長(zhǎng)度長(zhǎng)半個(gè)螺距。所述內(nèi)密封結(jié)構(gòu)的內(nèi)臺(tái)肩厚度為riOmm，所述外密封結(jié)構(gòu)的外臺(tái)肩厚度與所述內(nèi)
臺(tái)肩厚度相等。所述管體端部的內(nèi)壁上設(shè)置有內(nèi)圓柱面，所述內(nèi)圓柱面通過(guò)過(guò)渡錐面與所述管體的內(nèi)孔相連，所述內(nèi)圓柱面的長(zhǎng)度為5 20_。本實(shí)用新型的技術(shù)效果在于本實(shí)用新型在標(biāo)準(zhǔn)偏梯形螺紋的端部增加了楔形螺紋及金屬與金屬的非平面臺(tái)肩密封結(jié)構(gòu)，增加了接頭的連接強(qiáng)度、密封性能、抗彎曲能力、·抗壓縮載荷能力和抗扭矩性能。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型分解后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型中的楔形的牙型圖。圖4為本實(shí)用新型中的內(nèi)密封結(jié)構(gòu)的放大圖。圖5為本實(shí)用新型中的外密封結(jié)構(gòu)的放大圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的說(shuō)明。圖f圖5中，包括接箍I、管體2、偏梯形內(nèi)螺紋3、偏梯形外螺紋4、楔形內(nèi)螺紋5、楔形外螺紋6、內(nèi)密封結(jié)構(gòu)7、外密封結(jié)構(gòu)8、中徑線9、內(nèi)臺(tái)肩柱面10、錐度11、螺距12、齒高
13、齒型牙寬14、齒型槽寬15、牙側(cè)角16、齒型圓弧17、內(nèi)密封面18、外密封面19、內(nèi)密封面倒角長(zhǎng)度20、外密封面倒角長(zhǎng)度21、內(nèi)臺(tái)肩厚度22、外臺(tái)肩厚度23、內(nèi)頂點(diǎn)圓弧24、外頂點(diǎn)圓弧25、內(nèi)密封面倒角26、外密封面倒角27、內(nèi)臺(tái)肩倒角28、外臺(tái)肩倒角29、內(nèi)圓柱面30，過(guò)渡錐面31、管體32等。如圖I、圖2所示，本實(shí)用新型是一種高密封偏梯形螺紋套管接頭，包括通過(guò)螺紋連接的接箍I及管體2、32，接箍I和管體2、32是以虛擬的中徑線9為基準(zhǔn)，以內(nèi)外螺紋進(jìn)行旋合，以管體2與管體34通過(guò)接箍I進(jìn)行若干連接形成油、套管柱，滿足油氣田生產(chǎn)使用要求。接箍I內(nèi)壁的軸向中部設(shè)置有環(huán)狀的內(nèi)臺(tái)階柱面10。內(nèi)臺(tái)階柱面10的長(zhǎng)度范圍是5(T200mm，可增加接頭的連接強(qiáng)度和抗彎曲能力。接箍I的兩端加工有標(biāo)準(zhǔn)偏梯形內(nèi)螺紋3，偏梯形內(nèi)螺紋3靠近內(nèi)臺(tái)階柱面10的后端設(shè)置有楔形內(nèi)螺紋5。管體2、32端部的外壁上加工有標(biāo)準(zhǔn)偏梯形外螺紋4，偏梯形外螺紋4的前端設(shè)置有楔形外螺紋6。偏梯形內(nèi)螺紋3與偏梯形外螺紋4采用API標(biāo)準(zhǔn)。如圖3所示，楔形內(nèi)螺紋5與楔形外螺紋6尺寸相同公差不同以達(dá)到過(guò)渡配合時(shí)的密封要求。楔形內(nèi)螺紋5與楔形外螺紋6的牙側(cè)角16為負(fù)角度，牙側(cè)角16的值為5° 15°。楔形內(nèi)螺紋5與楔形外螺紋6的錐度11為1:16、螺距12為5.08mm，其錐度、螺距與API標(biāo)準(zhǔn)相同，楔形螺紋旋合時(shí)，在偏梯形螺紋的引導(dǎo)下旋合自如，不會(huì)發(fā)生任何干涉。楔形內(nèi)螺紋5與楔形外螺紋6的齒高13為I. OOmnTl. 43mm、齒型牙寬14為I. 50mnT2. 07mm、齒型槽寬15為2. 55mnT3. 03mm、齒型圓弧17半徑為O. 40mnT0. 50mm。楔形內(nèi)螺紋5與楔形外螺紋6的牙數(shù)為I飛牙。在加工時(shí)，偏梯形螺紋向楔形螺紋過(guò)渡變形時(shí)應(yīng)平滑過(guò)渡，過(guò)渡面長(zhǎng)度不能超過(guò)I個(gè)螺距的長(zhǎng)度。偏梯形螺紋與楔形螺紋的總長(zhǎng)度可以通過(guò)減少或增加偏梯形螺紋牙數(shù)，也可通過(guò)減少或增加楔形螺紋牙數(shù)來(lái)滿足管體2、32端部加工的總長(zhǎng)度要求，但其增加或減少的牙數(shù)不能超過(guò)4牙，其接箍I螺紋的加工相同。再參見(jiàn)圖I及圖2，在接箍I內(nèi)臺(tái)階柱面10的兩端面與管體2、32的端部之間分別設(shè)置有金屬密封結(jié)構(gòu)。金屬密封結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在接箍I上的內(nèi)密封結(jié)構(gòu)7及設(shè)置在管體 2、32上的外密封結(jié)構(gòu)8。如圖4所示，內(nèi)密封結(jié)構(gòu)7包括設(shè)置在內(nèi)臺(tái)階柱面10端面與接箍I內(nèi)螺紋端部之間的內(nèi)密封面18，內(nèi)密封面18的長(zhǎng)度為riOmm，內(nèi)密封結(jié)構(gòu)7的內(nèi)臺(tái)肩厚度22為Γ Οπιπι。內(nèi)臺(tái)階柱面10的端面的徑向中部向內(nèi)凹入形成凹槽，凹槽的一邊與接箍I軸線之間形成的銳角為內(nèi)密封面倒角26，內(nèi)密封面倒角26的值為10° 30°，其另一邊與接箍I徑向之間形成的銳角為內(nèi)臺(tái)肩倒角28，內(nèi)臺(tái)肩倒角28的值為8° "35°。內(nèi)臺(tái)階柱面10端面凹槽的頂點(diǎn)處設(shè)置有內(nèi)頂點(diǎn)圓弧24，內(nèi)頂點(diǎn)圓弧24的半徑為O. 2(Tl. 2mm。如圖5所示，外密封結(jié)構(gòu)8包括設(shè)置在管體2、32端部外壁上的外密封面19，外密封面19的長(zhǎng)度比內(nèi)密封面18的長(zhǎng)度長(zhǎng)半個(gè)螺距，以滿足楔形內(nèi)螺紋5與楔形外螺紋6在大扭矩下的緊密配合不發(fā)生干涉。外密封結(jié)構(gòu)8的外臺(tái)肩厚度23與內(nèi)臺(tái)肩厚度22相等，以滿足其緊密配合后在同一個(gè)平面，不會(huì)造成油氣在管體內(nèi)紊流現(xiàn)象，達(dá)到平滑順利通過(guò)。管體2、32端面的徑向中部向外凸出形成凸起，凸起的一邊與管體2、32的軸線之間形成的銳角為外密封面倒角27，外密封面倒角27與內(nèi)密封面倒角26的值相同，其另一邊與管體
2、32徑向之間形成的銳角為外臺(tái)肩倒角29，外臺(tái)肩倒角29比內(nèi)臺(tái)肩倒角28小(Γ2°，以0.5° 1°最佳，滿足內(nèi)、外臺(tái)肩在機(jī)緊情況下造成的塑性變形狀態(tài)下達(dá)到過(guò)盈配合狀態(tài)。管體2、32端面凸起的頂點(diǎn)處設(shè)置有外頂點(diǎn)圓弧25，外頂點(diǎn)圓弧25的半徑比內(nèi)頂點(diǎn)圓弧24的半徑大(TO. 5mm,，以滿足內(nèi)、外臺(tái)肩在機(jī)緊狀態(tài)下，內(nèi)外圓弧配合時(shí)造成塑性變形狀態(tài)下達(dá)到過(guò)盈配合狀態(tài)。管體2、32端部的內(nèi)壁上設(shè)置有內(nèi)圓柱面30，內(nèi)圓柱面30通過(guò)過(guò)渡錐面31與管體2、32的內(nèi)孔相連，內(nèi)圓柱面30的長(zhǎng)度為5 20_，過(guò)渡錐面31長(zhǎng)度不作要求，其內(nèi)圓柱面30和過(guò)渡錐面31的長(zhǎng)度可以根據(jù)管體2、32壁厚來(lái)規(guī)定，使其能夠在緊密配合后能夠和內(nèi)臺(tái)階柱面10保持同一個(gè)平面并平滑過(guò)渡即可。本實(shí)用新型操作時(shí)，將接箍I的任意一端先套入管體2上，套入時(shí)應(yīng)將接箍I的內(nèi)螺紋與管體2的外螺紋先套入3 7扣，套扣時(shí)應(yīng)輕緩將外外螺紋對(duì)扣然后人力旋入，以人力旋合不動(dòng)是為止，將已經(jīng)手緊旋合在一起的接箍I和管體2用石油管道擰接機(jī)器進(jìn)行進(jìn)一步的機(jī)器擰接達(dá)到機(jī)器擰接時(shí)的過(guò)盈配合狀態(tài)。當(dāng)接箍I與管體2在機(jī)器擰接過(guò)盈旋緊配合后，其楔形內(nèi)螺紋5、楔形外螺紋6在偏梯形螺紋的旋合引導(dǎo)下，能夠順利自如旋入配對(duì)達(dá)到過(guò)渡配合狀態(tài)型成一定的密封性，楔形螺紋能夠顯著增加其連接強(qiáng)度及抗彎曲能力，其楔形螺紋齒型具有高密封性能，有效提高螺紋接頭的高復(fù)合承載能力，可提供與管體相當(dāng)?shù)膬?nèi)壓抗力；同時(shí)內(nèi)臺(tái)肩厚度22、夕卜臺(tái)肩厚度23達(dá)到了過(guò)盈配合，大大增加了其高抗扭矩性能和壓縮載荷能力及拉伸載荷的能力。同時(shí)內(nèi)密封面18與外密封面19兩者的外徑形成徑向過(guò)盈配合，大大增加其配合的密封性能，使接頭具有多重密封結(jié)構(gòu)，有效提高螺紋接頭的高復(fù)合承載能力；機(jī)緊的位置和扭矩大小可以按照API標(biāo)準(zhǔn)操作或工藝文件另行規(guī)定，但是必須滿足內(nèi)臺(tái)肩厚度22、外臺(tái)肩厚度23在機(jī)緊旋合后不得有任何間隙。同樣的緊固方法將其接箍I和管體32是以虛擬的中徑線9為基準(zhǔn)進(jìn)行緊密配合，達(dá)到管體32與管體2通過(guò)接箍I進(jìn)行若干連接形成油、套管柱滿足油氣田生產(chǎn)使用要求。在油田下井時(shí)將其一個(gè)個(gè)的連接件機(jī)緊連接形成數(shù)千米的油套管柱。本實(shí)用新型在標(biāo)準(zhǔn)偏梯形螺紋的端部增加了楔形螺紋密封結(jié)構(gòu)，楔形螺紋能夠顯著增加接頭的連接強(qiáng)度及抗彎曲能力，其楔型螺紋齒型具有高密封性能，有效提高螺紋接頭的高復(fù)合承載能力，可提供與管體相當(dāng)?shù)膬?nèi)壓抗力，楔型螺紋有效提高螺紋接頭的防脫扣性能及拉伸載荷性能；本實(shí)用新型同時(shí)采用了金屬與金屬的非平面臺(tái)肩密封結(jié)構(gòu)，達(dá)到了螺紋接頭的多重密封結(jié)構(gòu)，大大增加了抗壓縮載荷能力和抗扭矩性能及高密封性能。本 實(shí)用新型非常適合深井、超深井、高壓油井及高壓氣井使用。
權(quán)利要求1.一種高密封偏梯形螺紋套管接頭，包括通過(guò)螺紋連接的接箍(I)及管體(2、32)，所述接箍(I)內(nèi)壁的軸向中部設(shè)置有環(huán)狀的內(nèi)臺(tái)階柱面(10);其特征是所述接箍(I)的兩端加工有標(biāo)準(zhǔn)偏梯形內(nèi)螺紋(3)，所述偏梯形內(nèi)螺紋(3)靠近所述內(nèi)臺(tái)階柱面(10)的后端設(shè)置有楔形內(nèi)螺紋(5)，所述管體(2、32)端部的外壁上加工有標(biāo)準(zhǔn)偏梯形外螺紋(4)，所述偏梯形外螺紋(4)的前端設(shè)置有楔形外螺紋(6)，所述楔形內(nèi)螺紋(5)與所述楔形外螺紋(6)的牙側(cè)角(16)為負(fù)角度；所述內(nèi)臺(tái)階柱面(10)的兩端面與所述管體(2、32)的端部之間分別設(shè)置有金屬密封結(jié)構(gòu)，所述金屬密封結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所述接箍(I)上的內(nèi)密封結(jié)構(gòu)(7)及設(shè)置在所述管體(2、32)上的外密封結(jié)構(gòu)(8);所述內(nèi)密封結(jié)構(gòu)(7)包括設(shè)置在所述內(nèi)臺(tái)階柱面(10)端面與所述接箍(I)內(nèi)螺紋端部之間的內(nèi)密封面(18)，所述內(nèi)臺(tái)階柱面(10)的端面的徑向中部向內(nèi)凹入形成凹槽；所述外密封結(jié)構(gòu)(8)包括設(shè)置在所述管體(2、32)端部外壁上的外密封面(19)，所述管體(2、32)端面的徑向中部向外凸出形成凸起。
2.按照權(quán)利要求I所述的高密封偏梯形螺紋套管接頭，其特征是所述牙側(cè)角(16)的值為5° 15°。
3.按照權(quán)利要求I所述的高密封偏梯形螺紋套管接頭，其特征是所述楔形內(nèi)螺紋(5)與所述楔形外螺紋(6)的牙數(shù)為f 5牙。
4.按照權(quán)利要求I所述的高密封偏梯形螺紋套管接頭，其特征是所述內(nèi)臺(tái)階柱面(10)端面凹槽的一邊與所述接箍(I)軸線之間形成的銳角為內(nèi)密封面倒角(26)，所述內(nèi)密封面倒角(26)的值為10° 30°，其另一邊與所述接箍(I)徑向之間形成的銳角為內(nèi)臺(tái)肩倒角(28)，所述內(nèi)臺(tái)肩倒角(28)的值為8° ^35° ;所述管體(2、32)端面凸起的一邊與所述管體(2、32)的軸線之間形成的銳角為外密封面倒角(27)，所述外密封面倒角(27)與所述內(nèi)密封面倒角(26)的值相同，其另一邊與所述管體(2、32)徑向之間形成的銳角為外臺(tái)肩倒角(29)，所述外臺(tái)肩倒角(29)比所述內(nèi)臺(tái)肩倒角(28)小(Γ2°。
5.按照權(quán)利要求4所述的高密封偏梯形螺紋套管接頭，其特征是所述內(nèi)臺(tái)階柱面(10)端面凹槽的頂點(diǎn)處設(shè)置有內(nèi)頂點(diǎn)圓弧(24)，所述內(nèi)頂點(diǎn)圓弧(24)的半徑為O.2(Tl. 2mm ;所述管體(2、32)端面凸起的頂點(diǎn)處設(shè)置有外頂點(diǎn)圓弧(25)，所述外頂點(diǎn)圓弧(25)的半徑比所述內(nèi)頂點(diǎn)圓弧(24)的半徑大(TO. 5mm。
6.按照權(quán)利要求I所述的高密封偏梯形螺紋套管接頭，其特征是所述內(nèi)密封面(18)的長(zhǎng)度為riOmm，所述外密封面(19)的長(zhǎng)度比所述內(nèi)密封面(18)的長(zhǎng)度長(zhǎng)半個(gè)螺距。
7.按照權(quán)利要求I所述的高密封偏梯形螺紋套管接頭，其特征是所述內(nèi)密封結(jié)構(gòu)(7)的內(nèi)臺(tái)肩厚度(22)為riOmm，所述外密封結(jié)構(gòu)(8)的外臺(tái)肩厚度(23)與所述內(nèi)臺(tái)肩厚度(22)相等。
8.按照權(quán)利要求I所述的高密封偏梯形螺紋套管接頭，其特征是所述管體(2、32)端部的內(nèi)壁上設(shè)置有內(nèi)圓柱面(30)，所述內(nèi)圓柱面(30)通過(guò)過(guò)渡錐面(31)與所述管體(2、32)的內(nèi)孔相連，所述內(nèi)圓柱面(30)的長(zhǎng)度為5 20mm。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種高密封偏梯形螺紋套管接頭，包括接箍及管體，接箍的中部設(shè)置有內(nèi)臺(tái)階柱面；接箍的兩端加工有標(biāo)準(zhǔn)偏梯形內(nèi)螺紋，偏梯形內(nèi)螺紋的后端設(shè)置有楔形內(nèi)螺紋，管體端部加工有標(biāo)準(zhǔn)偏梯形外螺紋，偏梯形外螺紋的前端設(shè)置有楔形外螺紋；內(nèi)臺(tái)階柱面的兩端面與管體的端部之間分別設(shè)置有金屬密封結(jié)構(gòu)，金屬密封結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在接箍上的內(nèi)密封結(jié)構(gòu)及設(shè)置在管體上的外密封結(jié)構(gòu)；內(nèi)密封結(jié)構(gòu)包括內(nèi)密封面及內(nèi)臺(tái)階柱面端面的凹槽；外密封結(jié)構(gòu)包括外密封面及管體端面的凸起。本實(shí)用新型在標(biāo)準(zhǔn)偏梯形螺紋的端部增加了楔形螺紋及非平面臺(tái)肩密封結(jié)構(gòu)，增加了接頭的連接強(qiáng)度、密封性能、抗彎曲能力、抗壓縮載荷能力和抗扭矩性能。
文檔編號(hào)E21B17/08GK202673177SQ20122028408
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月16日
發(fā)明者馮波, 耿玉娟 申請(qǐng)人:無(wú)錫西姆萊斯石油專用管制造有限公司