专利名称：抗压缩及抗弯曲的钩形齿螺纹连接结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及管道密封连接结构，特别是一种抗压缩及抗弯曲的钩形齿螺纹连接结构，更适合油田特殊需要的大偏斜井、水平井用石油套管螺纹连接结构。
背景技术：
我国陆上现有油田300多个，气田近百个，形成了诸多油气井生产基地。油层埋藏深度在1000m~7000m左右。开采这些油气资源所用的石油管材为套管和油管。套管、油管及钻杆等统称油井管，服役时油井管由专用螺纹连接成数千米长的管柱。管柱在不同井段要长时间承受拉伸、压缩、弯曲、内压、外压和热循环等复合应力的作用，服役条件十分恶劣，一般情况下螺纹连接部位是整个油井管柱最薄弱的环节。
油井管螺纹应具备两个特性1)结构完整性；2)密封完整性。结构完整性要求螺纹啮合后要具备有足够的连接强度，不至于在外力的作用下使结构受到破坏。密封完整性要求要能保证含有数以百计螺纹连接接头的管柱在各种外力状态下承受内外压差(一般为几百个大气压)的长期作用而不泄漏。螺纹连接强度与密封性是油套管极为重要的两个技术指标。
目前，在通用的API油套管标准系列中，采用的多是短圆螺纹、长圆螺纹、偏梯形螺纹。在保障管柱的结构完整性和密封完整性方面都存在各自的问题。如圆螺纹管柱密封性好于偏梯形螺纹，但其螺纹连接部位只能承受相当于管体强度的60％～80％的拉伸载荷；偏梯形螺纹的连接强度好于圆螺纹管柱，但螺纹密封性能较低，气密封压力一般不超过28MP。为了弥补上述齿型自身先天的不足，人们又设计出一些特殊螺纹连接；如利用偏梯形螺纹连接强度高的优点，在其接箍与套管锥度螺纹的D段与C段增加一组相互配合的密封锥面，并在临近锥形密封面的位置设计有扭矩台肩的方法以弥补其螺纹密封性能较差的不足。但是随着自然界中油、气资源的逐渐减少，开采难度越来越大，上述办法远不能完全适应某些高压油气井，尤其是高抗压缩、抗弯曲性，大偏斜井、水平井的技术要求，它们难以完成复杂地层油气井的使用。所以，国内油田特殊用途的油套管仍需要大量进口。
发明内容
为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种抗压缩及抗弯曲的钩形齿螺纹连接结构，同时满足大偏斜井、水平井的技术要求，在复合负载情况下无气体泄漏的高密封性能的钩形齿螺纹连接结构的套管和油管。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种抗压缩及抗弯曲的钩形齿螺纹连接结构，其中它包括有一个两端带有内螺纹及锥形密封面与扭矩台肩的接箍，还有两支分别带有外螺纹和锥形密封面及扭矩台肩的套管连接组成；套管端部为外螺纹与接箍端部内螺纹旋合拧接，接箍端部内螺纹的D段设有内密封锥面，在内密封锥面的端部设有内扭矩台肩；所述套管端部的外螺纹C段设有外密封锥面，在套管端部外螺纹的C段设有外扭矩台肩，接箍端部内螺纹的内密封锥面和内扭矩台肩与套管外螺纹外密封锥面和外扭矩台肩相接触；所述内螺纹及外螺纹均由钩形齿螺纹构成。
所述钩形齿螺纹的牙型为钩形齿齿型，其导入面角度为20°，承载面角度为-4°，牙形角为16°。
所述内螺纹的齿高为1.675mm，外螺纹的齿高为1.575mm；内外螺纹的半齿高设置为非对称式。
在所述内外螺纹的D段与C段分别设置为带有密封台肩的密封锥面。
所述内螺纹的内扭矩台肩与外螺纹的外扭矩台肩为15°角。
所述内螺纹的内密封锥面和外螺纹的外密封锥面的夹角均为40°，形成接箍与套管的金属对金属的密封。
本发明的有益效果是该钩形齿型套管螺纹连接结构的特点1、钩形齿齿型其导入面角度为20°，承载面角度为-4°；不同于通常使用的偏梯形齿型，导入面角度是10°，承载面角度为3°。该钩形齿螺纹接头结构在高压缩及高弯曲外载下都有较好的性能，抗内压强度和抗外挤强度均能达到与管体等同。
2、内螺纹的齿高比外螺纹齿高略高，内外螺纹的半齿高为非对称式，不同于API标准中偏梯螺纹的螺纹中径线在螺纹齿高的1/2处位置。由于将内外螺纹中径啮合点设计在相同齿高位置，则内螺纹齿底与外螺纹齿顶必然会产生一个间隙，这个间隙为油井管所涂的丝扣油(或称为螺纹脂)所产生的压力提供一条通道，使其压力得以释放，以减少对管柱的影响；同时避免螺纹粘扣现象的发生。
3、为优化主密封面的应力分布，该结构的密封夹角设计成40°呈金属对金属密封，不同于通常的1∶10密封锥度。
4、由于是钩形齿螺纹加锥密封连接结构，采用了金属对金属密封，使气密封性能更高、更可靠，从而可以实现在高压力、高弯曲下的气体不泄漏。
5、又由于有15°角的扭矩台肩，从而保证了精确的拧接定位，同时也加强了密封能力。
6、采用本结构设计，可以最大限度的减少螺纹发生粘扣的可能性，并且提高了螺纹的抗磨损能力，减少了拧接后被封堵的丝扣油所产生的不利影响。
图1为本发明的接箍半剖结构示意图；图2为图1的I部放大示意图；图3为本发明的套管半剖结构示意图；
图4为图3的局部放大图；图5为接箍与套管内外螺纹连接部分半剖面示意图；图6为图5钩形齿齿型的局部放大示意图。
图中A、套管 B、接箍1、外螺纹2、内螺纹3、钩形齿齿型4、内密封锥面5、内扭矩台肩6、外密封锥面7、外扭矩台肩具体实施方式
结合附图对本发明的抗压缩及抗弯曲的钩形齿螺纹连接结构加以说明。
如图1-6所示，该抗压缩及抗弯曲的钩形齿螺纹连接结构它包括有一个两端带有内螺纹及锥形密封面与扭矩台肩的接箍B，还有两支分别带有外螺纹和锥形密封面及扭矩台肩的套管A连接组成；套管A端部为外螺纹1与接箍B端部内螺纹2旋合拧接，接箍B端部内螺纹2的D段设有内密封锥面4，在内密封锥面4的端部设有内扭矩台肩5；所述套管A端部的外螺纹1的C段设有外密封锥面6，在套管A端部外螺纹1的C段设有外扭矩台肩7，接箍B端部内螺纹2的内密封锥面4和内扭矩台肩5与外螺纹1的C段外密封锥面6和外扭矩台肩7相接触；所述内螺纹2及外螺纹1均由钩形齿齿型3构成。
图2中内螺纹内密封锥面4和外螺纹外密封锥面6的密封角度均为40°，内密封锥面4的测量直径要小于外螺纹外密封面6的测量直径。内密封锥面4和外密封锥面6的测量直径依据设计的公差要求加工，以保证内密封锥面4和外密封锥面6之间的过盈量能够满足气体密封的要求。内扭矩台肩5提供精确的定位，拧接后，密封锥面4和6的直径过盈量处于一个设计要求的范围内。内扭矩台肩5、外扭矩台肩7设计为15°角结构，能够增强接箍B与套管A的金属对金属的密封能力。
该连接的螺纹部分由于使用的是钩形齿齿型，当管体的壁厚在一定的范围时，15°角的扭矩台肩与钩形齿承载面的负角度产生一个楔形效果，增强了该气密封螺纹连接的抗外部挤压力的能力。
具体实施本螺纹连接采用如下数据该螺纹连接的内外螺纹均采用钩形齿齿型3的螺纹，承载侧面的角度为-4°、导入侧面的角度为20°、螺纹的螺距为5.08mm(沿轴线方向)、内螺纹2在螺纹中径线上的厚度为2.54mm、螺纹的高度为1.676mm(垂直于轴线)、螺纹的锥度为1∶16；外螺纹1同样采用钩形齿齿型3的螺纹，承载侧面的角度为-4°、导入侧面的角度为20°、外螺纹的齿高为1.575mm(垂直于轴线)、螺纹的螺距为5.08mm(沿轴线方向)、外螺纹在螺纹中径线上的厚度为2.49mm(沿轴线方向)、螺纹的锥度为1∶16。
为提高钩形齿齿型螺纹连接的抗磨损性能及密封性能，内螺纹2的齿高比外螺纹齿高略高一些。内外螺纹的半齿高为非对称式，不同于API标准的螺纹中径线在螺纹齿高的1/2处位置。内外螺纹导入侧最小间隙为0.048mm，最大间隙为0.144mm；内外螺纹齿根最小间隙为0.10mm，最大间隙为0.15mm。
权利要求
1.一种抗压缩及抗弯曲的钩形齿螺纹连接结构，其特征是它包括有一个两端带有内螺纹及锥形密封面与扭矩台肩的接箍(B)，还有两支分别带有外螺纹和锥形密封面及扭矩台肩的套管(A)连接组成；套管(A)端部为外螺纹(1)与接箍(B)端部内螺纹(2)旋合拧接，接箍(B)端部内螺纹(2)的D段设有内密封锥面(4)，在内密封锥面(4)的端部设有内扭矩台肩5；所述套管(A)端部的外螺纹(1)C段设有外密封锥面(6)，在套管(A)端部外螺纹(1)的C段设有外扭矩台肩(7)，接箍(B)端部内螺纹(2)的内密封锥面(4)和内扭矩台肩(5)与套管(A)外螺纹(1)外密封锥面(6)和外扭矩台肩(7)相接触；所述内螺纹(2)及外螺纹(1)均由钩形齿螺纹(3)构成。
2.根据权利要求1所述的抗压缩及抗弯曲的钩形齿螺纹连接结构，其特征是所述钩形齿螺纹的牙型为钩形齿齿型(3)，其导入面角度为20°，承载面角度为-4°，牙形角为16°。
3.根据权利要求1所述的抗压缩及抗弯曲的钩形齿螺纹连接结构，其特征是所述内螺纹(2)的齿高为1.675mm，外螺纹(1)的齿高为1.575mm；内外螺纹的半齿高设置为非对称式。
4.根据权利要求1所述的抗压缩及抗弯曲的钩形齿螺纹连接结构，其特征是在所述内外螺纹的D段、C段分别设置为带有密封台肩的密封锥面。
6.根据权利要求1所述的抗压缩及抗弯曲的钩形齿螺纹连接结构，其结构特征是所述内螺纹(2)的内扭矩台肩(5)与外螺纹(1)的外扭矩台肩(7)为15°角。
7.根据权利要求1所述的抗压缩及抗弯曲的钩形齿螺纹连接结构，其特征是所述内螺纹(2)的内密封锥面(4)和外螺纹(1)的外密封锥面(6)的夹角均为40°，形成接箍(B)与套管(A)的金属对金属的密封。
全文摘要
本发明提供一种抗压缩及抗弯曲的钩形齿螺纹连接结构，它包括有两端带有内螺纹及锥形密封面与扭矩台肩的接箍B，还有两支分别带有外螺纹和锥形密封面及扭矩台肩的套管A连接组成；套管A端部为外螺纹与接箍B端部内螺纹均由钩形齿螺纹旋合拧接，接箍B端部内螺纹的D段带有内扭矩台肩与内密封锥面，套管A端部的外螺纹C段带有外扭矩台肩与外密封锥面，接箍端部内密封锥面和内扭矩台肩与套管外密封锥面与外扭矩台肩相接触。这种钩形齿螺纹连接结构。有益效果是该连接结构在高压缩及高弯曲外载下都有较好的性能，抗内压强度和抗外挤强度均能达到与管体等同。实现金属对金属密封的优化主密封面，使气密封性能更高、更可靠，从而可以实现在高压力、高弯曲下的气体不泄漏。
文档编号E21B17/02GK101063502SQ20061001358
公开日2007年10月31日 申请日期2006年4月29日 优先权日2006年4月29日
发明者王京, 邱峰, 徐志谦, 郝玉华, 徐景云, 徐永祥, 王春河, 张军, 孙一清, 屈强, 马亭延, 陈涛 申请人:天津钢管集团有限公司