专利名称：新型油管和套管的制作方法
技术领域：
本发明涉及油井完井过程中及油井采油过程中的油管和套管，它提供一种联接时具有优质密封和联接强度与管体抗拉强度相等的新型油管和套管。
背景技术：
近几十年来我国各油田的油管和套管的螺纹联接采用API专用石油螺纹联接。API螺纹有加工容易、现场配接短节方便，从而加工成本低以及适应重复上扣等优点。但随着油井钻井深度的增加、腐蚀性和高压油气井的生产、以及稠油油井注入高温高压水蒸汽，使API螺纹的应用环境更加严峻，应用条件更加恶劣。如油井注蒸汽时应用环境为压力15Mpa，温度340℃。此时传统API螺纹耐温150℃将被突破。API螺纹是在优质密封脂的配合下达到密封的，340℃的高温首先破坏密封脂，进而联接螺纹密封工况遭到破坏。另外，API螺纹的联接强度只是管体抗拉强度的80％，提高油井井下管柱整体强度办法之一是增加管体的厚度。管体越厚，管柱越重，管柱越重所用钢材的成本就会增加，油井管柱负荷也会增大，这样就会对用户产生双重不利因素。目前国内虽然有多种非API特殊石油套管联接螺纹，但它们共同特点是在金属对金属的密封均采用锥面密封和端面密封。由于原API螺纹公母扣旋合时，相对位移变化范围大，为保证公母扣的接触位移，往往牺牲原来API螺纹结构，而采用非API螺纹，进而达到一定的位移数值。非API螺纹加工难度大，成本高，不利于大面积推广使用。根据现场资料统计，API螺纹用于油井抽油时，因螺纹产生漏失，导致每口抽油井每天产液量减少5～10％，我国有十万多口抽油井，显然每天因螺纹漏失导致的经济损失是十分巨大的。因此，提高螺纹的联接强度，提供螺纹的优质密封是适应上述工况发展的需要。
发明内容
目的本发明的目的是提供一种油井油管套管螺纹联接强度和管体抗拉强度相等，并且具有多重优质密封的新型油管和套管。
技术方案1、对于不同公称直径的油管联接螺纹，在端部联接处采用该公称直径所对应的API外加厚油管螺纹联接，而管体内外径仍保持不变。对于不同公称直径的套管联接螺纹，在端部联接处，如套管公称直径分别为4.5吋采用5.0吋、5.0吋采用5.5吋、6.625吋采用7.0吋、7.0吋采用7.625吋的API套管螺纹联接，而管体内外径仍保持不变。
2、对一根油管或套管制作二个公接头和一个母接头。
3、油管或套管两端公接头与对应公称直径的管体采用摩擦焊接的方法焊接成一个整体，再在一端的公接头上上好一个母接头，构成新型油管和套管。
4、公、母接头的结构由两部分组成，一是保留原API螺纹结构，二是在API螺纹的尾部增加圆滑凸起密封和O形胶圈密封。
5、油管公接头内径与其管体相同。
6、油田采油所用的旧油管可用上述方法作再生处理，即先将原油管两端的API螺纹车掉，再将预先加工好的新型公接头用摩擦焊接方法焊在管体的两端，再在一端的公接头上上好一个母接头，构成新型油管。
有益效果本发明将油井的油管和套管的端部联接采用外加厚螺纹联接，进而使管体抗拉强度和螺纹抗拉强度相等，则导致油井所用钢材大幅度下降。如一口油井深2000m、外径114.3mm、壁厚6.35mm、钢级N80、16.9kgf/m的油管，当采用本技术方案时，其管体和螺纹抗拉强度均为(11.432-10.162)×0.785cm2×60000N/cm2＝129.1×104N；当采用原方案即平式油管联接方法，当壁厚达到8mm、20.97kgf/m时管体的最大抗拉负荷为(11.432-9.832)×0.785cm2×60000N/cm2×0.8＝128.2×104N。当两种技术方案抗拉强度相同，当不计联接处钢材重量的增加时，本技术方案所用钢材为16.9kgf/m×2000m＝33800kgf＝33.8×103kgf＝33.8×103×9.8N。即质量为33.8t。原方案所用钢材为20.97kgf/m×2000m＝41.94×103×9.8N。即质量为41.94t。两方案比较，原方案多用钢材为41.94t-33.8t＝8.14t。则新方案节约成本为(41.94t-33.8t)×0.63万元/t＝5.13万元。显然，当油井深度增大，油管或套管公称直径增大及油井数量增多时，采用本发明将节约更多的费用。
目前，我国各无缝钢管厂所生产的无缝钢管，存在最大质量问题是钢管的外径几何形状不能满足油田用户的要求。例如用户要求钢厂生产127.4mm×6.43mm的无缝钢管时，用户要求的外径形状公差最小尺寸为127.4mm，最大尺寸为128.4mm时，钢厂交货时很多钢管的外径尺寸存在较大的椭圆度和公差达不到用户要求，长轴外径最大可达129.0mm，短轴最小外径可达126.8mm。用户两端车螺纹时，产生较长的“黑顶螺纹”，使螺纹存在缺欠和缺陷。钢厂在解决上述问题时，一般采用外径取正公差，壁厚取负公差，即用钢管外径增大来解决“黑顶螺纹”问题，这样做，表面成材率高，但由于壁厚减薄，加工螺纹后齿底截面厚度必然减薄，直接影响联接强度，同样使钢管存在质量缺欠和缺陷。用户在解决上述问题时，往往采用即加大钢管外径又加大钢管壁厚的做法，这样必然增加用户的生产成本。
当然在实施上述技术方案时，钢厂可采用把钢管两端镦厚变粗的方案，但此方案与本技术方案比较，钢厂成本将会大幅度增加，所以，目前大多数钢厂没有采用此方案。
油田采油所用的旧油管，采用本技术方案再生处理，经济效益可观。因为旧油管再生后等于重新购置一套新的外加厚油管不但联接强度高，而且提供优质密封。外加厚油管的价格是普通平式油管价格的1.3倍以上，而旧油管的价格为新油管价格的0.7倍左右，则一套油管可创造的经济价值是原来的1.3/0.7＝1.86倍。
我国有十万多口抽油井，计算经济效益取5万口，每口井产液量平均估计为15t/d，含水率估计为0.73，则产油量为15t/d×(1-0.73)＝4.05t/d。当采用本发明所提供的油管抽油时，每口井每天提高的产油量仅为2％时，则全国每天提高的产油量为4.05t/d.口井×0.02×50000口井＝4050t/d，产生的经济效益为4050t/d×2000元/t＝810万元/d。
下面结合附图1进一步说明本发明的结构。
图1是本发明的结构剖面图，它给出了油套管某一端的联接方式，其另一端的联接方式与本图1相同。
图1中的管体[7]与公接头[2]采用摩擦焊接；摩擦焊口[6]是管体[7]与公接头[2]摩擦焊接后形成的；公接头[2]螺纹尾部设有金属圆滑凸起[5]和O形胶圈盘根槽[4]，槽内安装O形胶圈[3]；金属圆滑凸起[5]与母接头[1]配合处采用过盈配合，从而产生超过密封压力的接触应力，由此达到密封；O形胶圈盘根槽[4]的结构与母接头[1]的金属配合采用动配合；API螺纹[8]采用美国最近推荐螺纹标准加工。
上述结构中金属圆滑凸起[5]与母接头[1]配合是属于金属对金属的切点密封、O形胶圈[3]结构属于O形胶圈密封、API螺纹[8]属于API螺纹密封。因此图1提供的结构具有三重密封功能，它提供了可靠的优质密封。
API螺纹是锥度螺纹，在不同上扣扭矩及公母扣之间的相对位移与标准位移比较，变化范围一般可小于0～8mm，因此母接头[1]的端部另多留有8mm的柱面结构，目的是当小于标准位移达8mm时，金属圆滑凸起[5]不外露，仍处在母接头[1]的端部柱面内得到保护。金属圆滑凸起[5]及O形胶圈[3]与母接头[1]的接触配合属于无锥度的柱面配合，它们之间相对位移时，仍保持良好的优质密封。图1中公接头[2]的抗拉危险断面发生在安装O形胶圈[3]的O形胶圈盘根槽[4]内，由此将O形胶圈盘根槽[4]的最小直径设计为略大于管体本身外径0.5mm以上，并且O形胶圈盘根槽[4]的底角和上部棱角均采用圆滑过渡，进而减弱了结构设计产生的应力集中现象，油管公接头[2]的内径与管体[1]内径相同。
具体实施例方式
本技术方案的公接头[2]采用预先加厚并加工好，之后再与管体[7]摩擦焊接，公接头[2]加工时由于长度很短，特别适合数控车床加工，这样做无疑会大幅度提高螺纹加工精度，进而提高螺纹联接强度，联接螺纹均为优质螺纹，并且母接头[1]也用数控车床加工，同样也是优质母接头[1]。公接头[2]与管体[7]采用摩擦焊接，焊接速度快，可靠性好，一般不存在焊接质量缺欠。
公接头[2]与管体[7]焊接后执行焊后热处理制度，即焊后进行高温回火处理，焊口进行100％射线探伤检验，之后将摩擦焊口[6]内外凸出部分用车床加工平整。公接头[2]和母接头[1]的螺纹按国家规定的API标准加工，加工完后进行抽检打压试验。公接头[2]和母接头[1]的材质可比管体[7]强度略高，目的是提高螺纹的联接强度与管体抗拉强度相同的可靠性。
本发明也可采用油管和套管的一端摩擦焊接一个公接头[2]，其另一端摩擦焊接母接头[1]，此时，母接头[1]一端缩径到与管体[7]外径大小一致，便于进行摩擦焊接。它的优点是一根油管或套管只有两个零件与其联接，减少一个公接头[2]。但是此方案的缺点是，油套管维修不方便，并且母接头[1]的毛坯需进行锻造处理，母接头[1]结构与本技术方案结构相同，显然此技术方案也落在本发明的保护之内。
权利要求
1.一种新型油管套管包括母接头、公接头、O形胶圈、O形胶圈盘根槽、金属圆滑凸起、摩擦焊口、管体及API螺纹，其特征在于管体[7]与公接头[2]采用摩擦焊接，公接头[2]的API螺纹尾部设有金属圆滑凸起[5]和O形胶圈盘根槽[4]，槽内安装O形胶圈[3]。
2.根据权利要求1所述的新型油管和套管，其特征在于对不同公称直径的油管公接头[2]与母接头[1]的联接螺纹，在端部联接处采用该公称直径所对应的API外加厚油管螺纹联接，且油管公接头[2]的内径与管体[7]相同，对于不同公称直径套管公接头[2]与母接头[1]的联接螺纹，在端部联接处，如套管公称直径分别为4.5时采用5.0时、5.0时采用5.5时、6.625时采用7.0时、7.0时采用7.625时的API套管螺纹联接。
全文摘要
本发明公开了一种新型油管和套管，它用于油井的完井和采油过程中。该发明将油管和套管的端部联接处采用API外加厚螺纹联接，而管体的内外径仍保持不变。在API螺纹尾部设有O形胶圈和金属圆滑凸起密封。它提供了一种螺纹联接强度与管体抗拉强度相等，并具有多重优质密封的新型油管和套管。它由母接头、公接头、O形胶圈、O形胶圈盘根槽、金属圆滑凸起、摩擦焊口、管体及API螺纹所组成。管体与公接头采用摩擦焊接。
文档编号E21B17/00GK1908363SQ20051008575
公开日2007年2月7日 申请日期2005年8月4日 优先权日2005年8月4日
发明者孟祥湖 申请人:孟祥湖