專利名稱：高性能油管氣密封螺紋連接結(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勘探、開發(fā)中的鉆井完井過程中將多支油 管進(jìn)行密封連接的油管連接結(jié)構(gòu)，特別是一種高性能油管氣密封螺紋連接 結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
油管柱采用螺紋將單根油井管連接而成，管柱的螺紋連接部位是薄弱
的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在通用的API標(biāo)準(zhǔn)中，油管采用圓螺紋外加厚或不加厚的連 接形式。這些連接形式在保證管柱結(jié)構(gòu)完整性和密封完整性方面都存在一 定的問題。例如，不加厚圓螺紋油管，其螺紋連接強(qiáng)度只為管體強(qiáng)度的60% 80%，外加厚圓螺紋的連接強(qiáng)度雖接近或達(dá)到管體強(qiáng)度但需要對(duì)管端進(jìn)行墩 粗處理加工起來比較復(fù)雜。
試驗(yàn)證明，API圓螺紋連接使用合適的螺紋脂，經(jīng)機(jī)緊后具有較好的水 密封性能，但氣密封性能很低。這主要是由于API螺紋連接，在齒頂或 齒側(cè)存在間隙。接頭擰接后，嚙合的螺紋接觸面由于過盈存在而有接觸壓 力。同時(shí)，借助螺紋脂填充在螺紋間隙可實(shí)現(xiàn)水密封。但在較高溫度下， 填充在螺紋間隙的螺紋脂蒸發(fā)和收縮，使嚙合螺紋間有泄漏通道，氣體會(huì) 通過這些通道泄漏。另外油氣中含有的硫化氫酸性成分會(huì)使普通API油管 發(fā)生緩慢的應(yīng)力腐蝕，導(dǎo)致油管在長(zhǎng)期的使用過程中變形破壞。
隨著石油工業(yè)的發(fā)展，尤其是深井、超深井、高壓氣井、定向井、酸
性環(huán)境井的開發(fā)，對(duì)石油油管的使用性能提出了更高的要求。具有API標(biāo) 準(zhǔn)螺紋連接形式的油管在許多情況下難以滿足生產(chǎn)需求，亟待開發(fā)各種類
型的特殊螺紋連接結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)生產(chǎn)的需要。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)上的不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種油管氣密
封特殊扣接頭，以利于改善普通API油管接頭連接強(qiáng)度和密封效果不佳， 無法適用于含硫化氫的酸性環(huán)境油井的問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是提供一種高性能油管 氣密封螺紋連接結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括有一個(gè)端部帶有外螺紋的油管和帶有內(nèi) 螺紋的接箍，通過起連接作用的螺紋部分和防止高壓油氣外泄的密封部分
旋合擰接而成，其中所述油管的外螺紋和接箍的內(nèi)螺紋均為偏梯型錐螺 紋，所述內(nèi)外螺紋上設(shè)有錐形密封面以及負(fù)角度的扭矩臺(tái)肩所組成的主密
封結(jié)構(gòu)，螺紋過盈量設(shè)計(jì)為2. 117mm，密封面采用30度的錐面設(shè)計(jì)。
偏梯型錐螺紋的螺距為每英寸五牙、每英寸六牙或每英寸八牙，偏梯 型錐螺紋的公端螺紋齒高為1.27mm，母端螺紋齒高為1. 32腿，錐度為1: 16。
所述主密封結(jié)構(gòu)包括有所述油管外螺紋鼻端部和與接箍?jī)?nèi)螺紋對(duì)應(yīng)處 均設(shè)有錐形密封面，在接箍的密封面端面處均設(shè)有為上卸扣定位的扭矩臺(tái) 肩。
所述油管的公端和接箍的母端的錐形密封面與油管軸線的角度均為30 度，所述扭矩臺(tái)肩與油管管體的軸線的角度為70度。
本實(shí)用新型的效果是偏梯型螺紋連接使該扣型油管連接結(jié)構(gòu)連接強(qiáng)度 得以加強(qiáng)，改進(jìn)型的螺距和齒高設(shè)計(jì)更能適合油管的特點(diǎn)，較小的螺紋過 盈量大角度的密封面和適當(dāng)?shù)膽?yīng)力分布設(shè)計(jì)在保證高性能密封能力的同 時(shí)，使得油管在多次上卸扣過程中局部過盈應(yīng)力不會(huì)太大，摩擦路徑較小， 不會(huì)發(fā)生粘扣現(xiàn)象。公母端內(nèi)孔平齊的設(shè)計(jì)使得油氣在傳送過程中不會(huì)發(fā) 生紊流現(xiàn)象，減小傳輸阻力。該結(jié)構(gòu)具有氣密封性能、連接強(qiáng)度、良好的 抗粘扣和抗腐蝕性能。

圖1是本特殊扣油管連接結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本特殊扣油管連接結(jié)構(gòu)的螺紋牙型放大圖 A、油管 B、接箍
C、螺紋 D、密封結(jié)構(gòu)
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的高性能油管氣密封螺紋連接結(jié)構(gòu)加 以說明。
本實(shí)用新型的高性能油管氣密封螺紋連接結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括有一個(gè)端 部帶有外螺紋的油管和帶有內(nèi)螺紋的接箍，通過起連接作用的螺紋部分和 防止高壓油氣外泄的密封部分旋合擰接而成，所述油管的外螺紋和接箍的 內(nèi)螺紋均為偏梯型錐螺紋，所述內(nèi)外螺紋上設(shè)有錐形密封面以及負(fù)角度的 扭矩臺(tái)肩所組成的主密封結(jié)構(gòu)，螺紋過盈量設(shè)計(jì)減小為2. 117mm，密封面采 用30度的大錐面設(shè)計(jì)。
偏梯型錐螺紋的螺距為每英寸五牙、每英寸六牙或每英寸八牙，偏梯 型錐螺紋的公端螺紋齒高為1.27mm，母端螺紋齒高為1. 32mm，錐度為1: 16。
所述主密封結(jié)構(gòu)包括有所述油管外螺紋鼻端部和與接箍?jī)?nèi)螺紋對(duì)應(yīng)處 均設(shè)有錐形密封面，在公端和母端的密封面端面處均設(shè)有為上卸扣定位的 扭矩臺(tái)肩。
所述油管的公端和接箍的母端錐形密封面與油管軸線的角度均為30 度，所述接箍扭矩臺(tái)肩與油管管體軸線的角度為70度。
本實(shí)用新型的高性能油管氣密封螺紋連接結(jié)構(gòu)是這樣實(shí)現(xiàn)的如圖1 所示，該石油油管特殊扣接頭結(jié)構(gòu)包括油管A和接箍B兩部分組成，所述 油管A部分由偏梯型外螺紋C和含有密封面和止扭矩臺(tái)肩的密封結(jié)構(gòu)D部分組成，所述接箍B部分在兩根油管間連接，兩邊結(jié)構(gòu)對(duì)稱，包括偏梯型
內(nèi)螺紋C和與公端鼻端部分對(duì)應(yīng)的密封面和止扭矩臺(tái)肩D。
所述偏梯型外螺紋的牙型角為13度，其中承載面cil為3度，導(dǎo)入面 a2為10度，根據(jù)外徑規(guī)格的不同，齒高分別為h-1.27ram或1.016，螺 距分別為t二5.08或4.233或3. 125mm，螺紋錐度1: 16。所述偏梯型內(nèi)螺 紋的牙型角、導(dǎo)入面角度、承載面角度、螺距、錐度均與外螺紋一致，齒 高對(duì)應(yīng)分別為h=l. 32或1. 067mm。
連接用偏梯螺紋的牙型結(jié)構(gòu)如圖2所示，所述梯型外螺紋C的牙型角 為13度，其中導(dǎo)入面為10度，承載面為3度，根據(jù)外徑規(guī)格的不同，齒 高分別為h=l. 27醒或1. 016，螺距分別為t = 5. 08或4. 233或3. 125誦， 螺紋錐度1: 16。所述偏梯型內(nèi)螺紋C的牙型角、導(dǎo)入面角度、承載面角度、 螺距、錐度均與外螺紋一致，齒高對(duì)應(yīng)分別為h二1.32或1.067ram。
油管出廠前接箍的一邊先與管體擰接到位，運(yùn)輸至油田，需要下井時(shí) 再與另一根油管進(jìn)行擰接下井，形成密閉的油管柱直至幾千米深的采油氣 層。在擰接上扣過程中，油管A與接箍B進(jìn)行旋合擰接，，油管上的偏梯 外螺紋C和接箍上的偏梯內(nèi)螺紋C旋緊配合在一起直至開始發(fā)生過盈，產(chǎn) 生一定的接觸應(yīng)力，但由于公母端螺紋C中間有一定的空隙因此并不能完 成密封。然后油管A和接箍B的密封面部分開始接觸并發(fā)生過盈達(dá)到密封 的效果，最后當(dāng)油管A和接箍B的止扭矩臺(tái)肩接觸時(shí)，旋合扭矩立即快速 上升到達(dá)設(shè)計(jì)的扭矩值時(shí)自動(dòng)停止旋合，為油管A和接箍B之間提供準(zhǔn)確 的擰接定位。此時(shí)油管A和接箍B能保證連接強(qiáng)度達(dá)到或超過管體強(qiáng)度， 受到內(nèi)壓或外壓時(shí)不會(huì)先與管體發(fā)生泄漏。然后下放管柱繼續(xù)進(jìn)行下一根 油管的上扣連接。
權(quán)利要求1、一種高性能油管氣密封螺紋連接結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括有一個(gè)端部帶有外螺紋的油管和帶有內(nèi)螺紋的接箍，通過起連接作用的螺紋部分和防止高壓油氣外泄的密封部分旋合擰接而成，其特征是所述油管的外螺紋和油管的內(nèi)螺紋均為偏梯型錐螺紋，所述內(nèi)外螺紋上設(shè)有錐形密封面以及負(fù)角度的扭矩臺(tái)肩所組成的主密封結(jié)構(gòu)，螺紋過盈量設(shè)計(jì)為2.117mm，密封面采用30度的錐面設(shè)計(jì)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能油管氣密封螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征是: 偏梯型錐螺紋的螺距為每英寸五牙、每英寸六牙或每英寸八牙，偏梯型錐 螺紋的公端螺紋齒高為1.27mm，母端螺紋齒高為1. 32mm，錐度為1: 16。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能油管氣密封螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征是 所述主密封結(jié)構(gòu)包括有所述油管外螺紋鼻端部和與接箍?jī)?nèi)螺紋對(duì)應(yīng)處均設(shè) 有錐形密封面，在油管的公端和油管的母端的密封面端面處均設(shè)有為上卸 扣定位的扭矩臺(tái)肩。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高性能油管氣密封螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征是 所述公端和母端的錐形密封面與油管軸線的角度均為30度，所述母端扭矩 臺(tái)肩與油管的螺紋軸線的角度為70度。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種高性能油管氣密封螺紋連接結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括有一個(gè)端部帶有外螺紋的油管和帶有內(nèi)螺紋的接箍，通過起連接作用的螺紋部分和防止高壓油氣外泄的密封部分旋合擰接而成，油管的外螺紋和接箍的內(nèi)螺紋均為偏梯型錐螺紋，內(nèi)外螺紋上設(shè)有錐形密封面以及負(fù)角度的扭矩臺(tái)肩所組成的主密封結(jié)構(gòu)，螺紋過盈量設(shè)計(jì)為2.117mm，密封面采用30度的錐面設(shè)計(jì)。有益效果是偏梯型螺紋連接使該扣型油管連接結(jié)構(gòu)連接強(qiáng)度得以加強(qiáng)，更能適合油管的特點(diǎn)，較小的螺紋過盈量大角度的密封面和適當(dāng)?shù)膽?yīng)力分布設(shè)計(jì)在保證高性能密封能力的同時(shí)，使得油管在多次上卸扣過程中局部過盈應(yīng)力不會(huì)太大，摩擦路徑較小，不會(huì)發(fā)生粘扣現(xiàn)象。該結(jié)構(gòu)具有氣密封性能、連接強(qiáng)度、良好的抗粘扣和抗腐蝕性能。
文檔編號(hào)F16L15/06GK201322148SQ20082014476
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2008年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者孫一清, 強(qiáng) 屈, 軍 張, 徐志謙, 京 王, 王春河, 峰 邱, 濤 陳, 馬亭彥 申請(qǐng)人:天津鋼管集團(tuán)股份有限公司