專利名稱：一種三重密封的鋼管直連旋接加長結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本實(shí)用新型涉及石油、天然氣鉆探用油管或套管的加長旋接連接結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景:石油、天然氣鉆采過程中必須使用鋼質(zhì)套管和油管，鉆探在套管與油管的安裝結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中套管指鉆井后用于襯里的管子，作用是防止井壁流動和塌陷，分為表層套管、生產(chǎn)套管和技術(shù)套管；油管是石油或天然氣抽取通道，井下的石油或天然氣在外加壓力氣體或液體的壓力作用下通過油管輸送到地層表面。在實(shí)際使用過程中套管和油管都必須通過旋接方式來加長，以滿足不同井深要求，目前管體的加長連接都是用接箍來實(shí)現(xiàn)的，在管體的兩端都設(shè)置外螺紋，接箍設(shè)有內(nèi)螺紋，相鄰兩根管體兩端的外螺紋分別旋接在接箍的內(nèi)螺紋孔中。由于接箍的外徑必須大于管體的外徑，表層套管的內(nèi)徑必須大于生產(chǎn)套管的接箍外徑，生產(chǎn)套管的內(nèi)徑必須大于技術(shù)套管的接箍的外徑，以此類推。這樣就導(dǎo)致所有套管的外徑都要增大，在相同井深條件下，不僅增加了鋼材的用量，而且每根管體都要配備一個連接接箍，每類管體需要配備相應(yīng)的連接接箍。根據(jù)鋼管性能特征，在壁厚固定條件下，鋼管外徑越大，其抗擠毀性能、抗內(nèi)壓泄漏性能越小。目前，套管或油管的管體端部外螺紋和接箍的內(nèi)螺紋的連接螺紋形式已有100多種扣型，包括三角螺紋、梯形螺紋、單邊梯形螺紋、矩形螺紋、T形螺紋等，但它們的密封結(jié)構(gòu)形式都是通過內(nèi)外螺紋的齒側(cè)面或端面緊密過盈配合連接結(jié)構(gòu)方式來保證實(shí)現(xiàn)密封的，有些螺紋既有連接作用，又有密封作用，有些螺紋僅起連接作用，密封依靠端面過盈密封。由于鋼管在油井開采中的使用環(huán)境比較復(fù)雜，需承受重力拉伸載荷、彎曲載荷、扭曲載荷、外擠載荷、內(nèi)壓載荷等，這就要求套管和油管要有足夠強(qiáng)度和剛度，以抵抗井下的不規(guī)則受力，由于管體的加長都必須使用接箍，因此設(shè)置在油管外的各層套管的直徑都必須逐級加大，根據(jù)機(jī)械常識，在管壁厚度相同條件下，管體直徑越大抗彎曲載荷、扭曲載荷、外擠載荷、內(nèi)壓載荷強(qiáng)度越低。在現(xiàn)有技術(shù)中，套管和油管加長連接結(jié)構(gòu)尚不開接箍，各級套管的直徑無法進(jìn)一步縮小，同時每根套管或油管都必須配備一只接箍，這樣既要消耗的鋼材多，又要增大套管直徑，在井深相同條件下，每眼井的開采所需套管和油管的鋼材用量大，成本高，鉆井所消耗的能量大，必須對之改進(jìn)
實(shí)用新型內(nèi)容
:本實(shí)用新型的目的是提供一種三重密封的鋼管直連旋接加長結(jié)構(gòu)，管體與管體之間采用直連結(jié)構(gòu)，無需使用接箍，既能保證連接強(qiáng)度又能保證連接密封性能。本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案如下:一種三重密封的鋼管直連旋接加長結(jié)構(gòu)，其特征是:包括管體外螺紋連接端和管體內(nèi)螺紋連接端，在管體外螺紋連接端上設(shè)有外螺紋連接段、外密封段和外端面，在管體內(nèi)螺紋連接端上設(shè)有內(nèi)螺紋連接段、內(nèi)密封段和內(nèi)孔端面，且管體內(nèi)螺紋連接端的外徑與管體的外徑相同，外螺紋連接段和內(nèi)螺紋連接段的公稱尺寸相同，管體外螺紋連接端和管體內(nèi)螺紋連接端之間通過螺紋旋接密封結(jié)構(gòu)相連接，在螺紋旋接密封結(jié)構(gòu)連接中設(shè)有三道機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，第一道由螺紋配合面產(chǎn)生過盈密封；第二道為外密封段和內(nèi)密封段之間形成的徑向過盈配合結(jié)構(gòu)；第三道為外端面和內(nèi)孔端面之間形成的端面過盈配合結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，在第二道機(jī)械密封結(jié)構(gòu)中，外密封段和內(nèi)密封段之間過盈配合方式為圓柱形軸孔過盈配合，或者球面軸與圓柱形孔之間的過盈配合。進(jìn)一步，在第三道機(jī)械密封結(jié)構(gòu)中，外端面和內(nèi)孔端面之間過盈配合結(jié)構(gòu)為平面與平面的過盈對接結(jié)構(gòu)，或者球面與平面的過盈對接結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，管體外螺紋連接端和管體內(nèi)螺紋連接端的硬度比管體硬度高25°/Γ30%，在外螺紋連接段的螺紋末端與管體之間設(shè)有硬度漸變段，在內(nèi)密封段與管體之間設(shè)有硬度漸變段，硬度漸變段的長度3(Γ100毫米。由于改變了管體之間的連接結(jié)構(gòu)方式，在每根管體的一端設(shè)置外螺紋連接段，在另一端設(shè)置內(nèi)螺紋連接段，相鄰兩根管體之間通過管體的外螺紋連接段與另一根管體的內(nèi)螺紋連接段直接旋接密封連接成一體，不需要使用接箍，各級套管的直徑可減小10毫米 30毫米，這樣還能增強(qiáng)管體的抗彎曲載荷、扭曲載荷、外擠載荷、內(nèi)壓載荷的能力，提高了油氣田開采的可靠性和安全性。雖然每根管體兩端的強(qiáng)度相對管體會有所降低，但通過熱處理方法提高外螺紋連接段和內(nèi)螺紋連接段的強(qiáng)度，以彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)改進(jìn)帶來的強(qiáng)度降低缺陷。由于在管體外螺紋連接端和管體內(nèi)螺紋連接端之間的螺紋旋接密封結(jié)構(gòu)中設(shè)有三道機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，第一道由螺紋配合面產(chǎn)生過盈密封；第二道為外密封段和內(nèi)密封段之間形成的徑向過盈配合結(jié)構(gòu)；第三道為外端面和內(nèi)孔端面之間形成的端面過盈配合結(jié)構(gòu)，由三道機(jī)械密封結(jié)構(gòu)保證兩根鋼管之間的連接密封性。由于不需要使用接箍 ，而且各級套管的直徑可減小10毫米 30毫米，每眼井可節(jié)省鋼材59Γ8%，可綜合降低成本50萬元 80萬元，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，同時，鉆井直徑可進(jìn)一步減少，能降低鉆井能耗。

:圖1為油氣井開采中套管與油管的分布結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型中連接螺紋的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為連接外螺紋與連接內(nèi)螺紋在旋接前的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中:1_管體外螺紋連接端；2_管體內(nèi)螺紋連接端；3_硬度漸變段；11_外螺紋連接段；21_內(nèi)螺紋連接段；12_外密封段；22_內(nèi)密封段；13_外端面；23_內(nèi)孔端面；α -螺紋承載側(cè)角度；β -螺紋的引導(dǎo)側(cè)角度。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖舉例說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
:實(shí)施例1:一種三重密封的鋼管直連旋接加長結(jié)構(gòu)，如圖2-4所示，包括管體外螺紋連接端I和管體內(nèi)螺紋連接端2，在管體外螺紋連接端I上設(shè)有外螺紋連接段11、外密封段12和外端面13，在管體內(nèi)螺紋連接端2上設(shè)有內(nèi)螺紋連接段21、內(nèi)密封段22和內(nèi)孔端面23，且管體內(nèi)螺紋連接端2的外徑與管體的外徑相同，外螺紋連接段11和內(nèi)螺紋連接段21的公稱尺寸相同，在管體外螺紋連接端I和管體內(nèi)螺紋連接端2之間設(shè)有三道機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，第一道由螺紋配合面產(chǎn)生過盈密封；第二道為外密封段12和內(nèi)密封段22之間過盈配合結(jié)構(gòu)；第三道為外端面13和內(nèi)孔端面23之間過盈配合結(jié)構(gòu)；管體外螺紋連接端I和管體內(nèi)螺紋連接端2的硬度比管體硬度高25°/Γ30%，在外螺紋連接段11的螺紋末端與管體之間設(shè)有硬度漸變段3，在內(nèi)密封段22與管體之間設(shè)有硬度漸變段3，硬度漸變段3的長度3(Γ100毫米。在本例中，外螺紋連接段11和內(nèi)螺紋連接段21的螺紋牙型均為偏梯形錐管螺紋，錐管螺紋的錐度為1:16，螺紋承載側(cè)角度α =+2°，螺紋的引導(dǎo)側(cè)角度β =+45°，齒頂和齒根平行于母線，對于套管其螺距 為5.08mm,即5牙/每英寸，對于油管其螺距為3.175mm,即8牙/每英寸；在第二道機(jī)械密封結(jié)構(gòu)中，外密封段12和內(nèi)密封段22之間過盈配合方式可以選擇圓柱形軸孔過盈配合，也可以選擇球面軸與圓柱形孔之間的過盈配合；在第三道機(jī)械密封結(jié)構(gòu)中，外端面13和內(nèi)孔端面23之間過盈配合結(jié)構(gòu)為平面與平面的過盈對接結(jié)構(gòu)，或者球面與平面的過盈對接結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求1.一種三重密封的鋼管直連旋接加長結(jié)構(gòu)，其特征是:包括管體外螺紋連接端(I)和管體內(nèi)螺紋連接端(2)，在管體外螺紋連接端(I)上設(shè)有外螺紋連接段(11)、外密封段(12)和外端面(13)，在管體內(nèi)螺紋連接端(2)上設(shè)有內(nèi)螺紋連接段(21)、內(nèi)密封段(22)和內(nèi)孔端面(23)，且管體內(nèi)螺紋連接端(2)的外徑與管體的外徑相同，外螺紋連接段(11)和內(nèi)螺紋連接段(21)的公稱尺寸相同，在管體外螺紋連接端(I)和管體內(nèi)螺紋連接端(2)之間設(shè)有三道機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，第一道由螺紋配合面產(chǎn)生過盈密封；第二道為外密封段(12)和內(nèi)密封段(22)之間過盈配合結(jié)構(gòu)；第三道為外端面(13)和內(nèi)孔端面(23)之間過盈配合結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述三重密封的鋼管直連旋接加長結(jié)構(gòu)，其特征是:在第二道機(jī)械密封結(jié)構(gòu)中，外密封段(12)和內(nèi)密封段(22)之間過盈配合方式為圓柱形軸孔過盈配合，或者球面軸與圓柱形孔之間的過盈配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述三重密封的鋼管直連旋接加長結(jié)構(gòu)，其特征是:在第三道機(jī)械密封結(jié)構(gòu)中，外端面(13)和內(nèi)孔端面(23)之間過盈配合結(jié)構(gòu)為平面與平面的過盈對接結(jié)構(gòu)，或者球面與平面的過盈對接結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述三重密封的鋼管直連旋接加長結(jié)構(gòu)，其特征是:管體外螺紋連接端(I)和管體內(nèi)螺紋連接端(2 )的硬度比管體硬度高259Γ30%，在外螺紋連接段(11)的螺紋末端與管體之間設(shè)有硬度漸變段(3)，在內(nèi)密封段(22)與管體之間設(shè)有硬度漸變段(3)，硬度漸變段(3)的長 度3(Γ100毫米。
專利摘要一種三重密封的鋼管直連旋接加長結(jié)構(gòu)，在管體外螺紋連接端上設(shè)有外螺紋連接段，在管體內(nèi)螺紋連接端上設(shè)有內(nèi)螺紋連接段，且管體內(nèi)螺紋連接端的外徑與管體的外徑相同，外螺紋連接段和內(nèi)螺紋連接段的公稱尺寸相同，管體外螺紋連接端和管體內(nèi)螺紋連接端之間通過螺紋旋接密封結(jié)構(gòu)相連接，兩者靠螺紋旋接、徑向和端面三道過盈配合機(jī)械密封。管體外螺紋連接端和管體內(nèi)螺紋連接端的強(qiáng)度通過梯度硬度的硬度漸變段來解決。這樣兩管連接不用接箍，既能可靠密封連接，又能節(jié)約鋼材，還能增強(qiáng)管體的抗彎曲載荷、扭曲載荷、外擠載荷、內(nèi)壓載荷的能力，提高了油氣田開采的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。
文檔編號E21B17/00GK202990891SQ20122065879
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者樊鑫業(yè), 王國富, 於寶祥, 劉廣華, 霍建 申請人:江蘇常寶普萊森鋼管有限公司