专利名称：外加厚油管和套管的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及油井完井过程中和采油过程中所使用的油管和套管，统称为石油 管。本实用新型不但提供了一种螺纹联接时具有优质密封和抗拉强度与管体本身抗拉强度 相等的系列外加厚油管和系列外加厚套管，并且还给出了一种新的系列外加厚油管和系列 外加厚套管的新制造方法。
背景技术：
我国每年消耗石油管达120多万吨，耗资达100亿元，加之历年勘探和开发所积累 和在用的石油管数量十分巨大，因此石油管是石油工业勘探和开发最重要的一种装备。近几年来我国各油田所使用油管和套管均采用平式油管和平式套管(即非外加 厚套管)，其联接螺纹采用API专用石油螺纹联接。平式油管和平式套管的螺纹抗拉强度 只有管体本身抗拉强度的80%左右，当油井深度增加，或遇阻解卡时常发生螺纹联接处断 裂现象。由于联接处强度低，现场使用中它的应用受到了限制。API螺纹普遍存在一定漏 失量，由于其漏失发生在井下，在地面人们看不到，这种漏失的危害又常常被忽略。为了解 决螺纹连接强度，目前国内外已有外加厚油管，它的生产方法是在钢管厂将其两端镦粗，然 后将其两端加工成专用石油螺纹，此种技术应用仅限于油管，由于它加工工艺复杂、成本非 常高，只是在油井有特殊的技术要求下使用它，在油田它应用规模很小，不能大规模推广使 用，它的联接仍采用API螺纹，因此现场使用时，也发生漏失现象，这是因为API螺纹制造间 隙公差允许0. 076 mm，这样间隙存在于啮合面或螺纹顶和根之间，螺纹密封主要依靠螺纹 密脂中所含有软金属微粒在压力作用下产生的桥接，其密封取决于紧扣圈数、加工精度及 现场操作人员规范程度，因此它的密封是上述各种因素的函数。自从上世纪60年代美国公布API螺纹标准以来至今，API螺纹仍有较大的优点， 即它结构简单，加工容易，抗扭矩大，管柱不松动，现场调配方便等诸多优点，因此本实用新 型的技术方案，仍然保留原来油管和套管上的API螺纹，只是在API螺纹的尾部增加2个容 易实施可靠的新的密封结构。目前将平式油管用摩擦焊接方法制成外加厚油管在国内未见报导，也未见其应 用，本实用新型所涉及的外加厚套管在国内至今未见报导，也未见其应用，目前，在我国用 摩擦焊接方法生产石油管的产品是Φ 127mm钻杆，已形成了很大的生产规模，也公布了相 应的技术标准SY/T5561-92。随着在陆上和海上油井钻井深度的增加，它需要联接强度大于或等于管体本身的 高强度套管，随着腐蚀性和高压油气井生产，以及稠油油井注入高温高压水蒸气，使API螺 纹的应用环境更加严峻，应用条件更加恶劣，这些无疑会导致油管和套管使用中发生漏失。 如果套管螺纹联接处发生漏失，则油井固井失效，产生串槽，不能实现分层开采技术，并且 由于漏失的液体腐蚀油井套管，油井寿命缩短，而油井的寿命又决定油田的寿命。如果油管 联接处发生漏失，导致每口抽油井每天产液量减少5-10%，我国有几十万口抽油井，显然每 天因螺纹联接处产生漏失量导致经济损失是十分巨大的。因此，提高螺纹连接强度，提供螺纹的优质密封是适应上述工况发展的需要。发明内容目的本实用新型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系列外加厚油管和系列外加厚套管。技术方案本人曾申请过油管套管联接螺纹，获专利号ZL200420086914. 3其技术方案是一 根油管或套管制作二个公接头和一个母接头。本次实用新型的技术方案作了两处改进，一 是将油管和套管的一端摩擦焊接一个公接头，其另一端摩擦焊接一个母接头，母接头内设 有API螺纹与公接头上的API螺纹相互连接，母接头一端缩经到与管体外经尺寸大小一 致，这种改进对于一根油管和套管的制作减少一个公接头，进而降低成本，另一处改进是将 管体与母接头和公接头摩擦焊的两端镦粗，其镦粗直径的大小与母接头和公接头内外径一 致。在现场应用中，发现用摩擦焊接方法生产的Φ 127mm钻杆在陕北油田钻井过程中在摩 擦焊口处发生断裂造成油井事故，具统计断裂次数十分微小，但是造成危害是十分巨大的， 有的将导致油井报废，因此，提高摩擦焊接处的接触面积，由此增加此处抗拉强度是必要 的。具体技术方案作法如下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外 加厚油管API螺纹联接。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。2、对于一根油管和套管摩擦焊接前将其管体两端镦粗。3、对一根油管或套管制作一个公接头和一个母接头，母接头一端设有API螺纹， 一端制成缩径结构。4、油管或套管两端公接头和母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，构成外加厚油管和套管。5、公、母接头的结构由两部分组成，一是保留原API螺纹结构，二是在公接头尾部 设有API螺纹，API螺纹尾部设有金属圆滑凸起和0形胶圈盘根槽，0形胶圈盘根槽内安装 0形胶圈。6、油管和套管公接头内径与其管体内径相同。7、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，将两端镦粗，再将预先加工好的新型公接头和母接头用摩擦焊接方法焊在管体的 两端，构成外加厚油管。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0114. 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) X0. 785cm2X60000N/cm2 = 129. IXlO4N;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) X0. 785cm2X60000N/cm2X0. 8 = 128. 2X IO4N0 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/mX2000m = 33800kgf = 33. 8X 103kgf = 33. 8X IO3X9. 8N0 即质量为 33. 8t。原方案所用钢材为 20. 97kgf/mX 2000m = 41. 94X IO3X 9. 8N0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) X0. 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，采用本实 用新型将节约更多的费用。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0127. 4mmX6. 43mm的无缝 钢管时，用户要求的外径形状公差最小尺寸为0127. 4mm,最大尺寸为0128. 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0129. Oinm,短轴最小外径可达0126. 8ram。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。我国有几十万多口抽油井，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/dX(l-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 X 0. 02X50000 口井=4050t/d，产生的经济效益为 4050t/dX2000 元/t =810 万元/d。以下结合附
图1和附图2进一步说明本实用新型的结构。
图1是实用新型的结构剖面图。图2是油套管某一端联接方式的结构剖面图。
图1给出了母接头[1]、摩擦焊口 [2]、两端管体镦粗部分[3]、管体W]、公接头 [5]、金属圆滑凸起[6]、0形胶圈[7]、0形胶圈盘根槽[8]、API螺纹[9]图2给出了公接头[5]上的API螺纹[9]、0形胶圈[7]、金属圆滑凸起[6]与母 接头[1]的配合状况。
具体实施方式
图1中的管体[4]与母接头[1]采用摩擦焊接；摩擦焊口 [2]是管体[4]与母接 头[1]及公接头[5]与管体[4]两端管体镦粗部分[3]摩擦焊接后形成的，公接头[5]的 一端设有API螺纹[9]，API螺纹[9]的螺纹尾部设有金属圆滑凸起[6]和0形胶圈盘根槽 [8]，0形胶圈盘根槽[8]的槽内安装0形胶圈[7]；金属圆滑凸起[6]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；0形胶圈盘根槽[8]的 结构与母接头[1]的金属配合采用动配合；API螺纹[9]采用我国最近推荐螺纹标准加工。上述结构中金属圆滑凸起W]与母接头[1]配合是属于金属对金属的切点密封、 0形胶圈[7]结构属于0形胶圈密封、API螺纹[9]属于API螺纹密封。因此
图1结构提供 了具有三重密封功能，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的柱面密封结构，目 的是当小于标准位移达8mm时，金属圆滑凸起[6]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[6]及0形胶圈[7]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[5]的抗拉危险断面发 生在安装0形胶圈[7]的0形胶圈盘根槽[8]内，由此将0形胶圈盘根槽[8]的最小直径 设计为略大于管体本身外径0. 5mm以上，并且0形胶圈盘根槽[8]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，油管和套管公接头[5]的内径与 管体W]内径相同。本技术方案的公接头[5]和母接头[1]采用预先加厚并加工好，之后再与管体[4] 摩擦焊接，公接头[5]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[5]和母接头[1]与管体[4]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[5]和管体[4]、管体[4]和母接头[1]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 [2]内外凸出部分用 车床加工平整。公接头[5]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。本实用新型的技术方案中，在端部连接处，如套管公称直径为4. 5吋采用5吋，5吋 采用5. 5吋，6. 625吋采用7. 0吋，7. 0吋采用7. 625吋。从产品结构设计的最经济壁厚来 说不是十分合理的，有的安全系数过大，经济效果较差，成本高。本实用新型为追求结构新 颖性，可以设计成更为合理的经济壁厚，但是这种所谓合理的经济壁厚，目前国内外没有 相应的配套机具与其配合，如螺纹检验规等，但当本实用新型有一定的应用规模时，可不受 上述尺寸的限定，可建立新的合理标准，设计成为更为合理的壁厚。母接头[1] 一端设有API螺纹，其另一端制成缩径结构，其缩径端面尺寸与管体 [4]上管体镦粗部分[3]的端面尺寸相同。
权利要求1.一种外加厚油管和套管，包括母接头、公接头、0形胶圈、0形胶圈盘根槽、金属圆滑 凸起、管体镦粗部分、摩擦焊口、管体及API螺纹，其特征在于管体[4]与母接头[1]、管体 [4]与公接头[5]采用摩擦焊接的方法焊成一个整体，构成油管和套管，公接头[5]的一端 设有API螺纹[9]，API螺纹[9]的尾部设有金属圆滑凸起[6]和0形胶圈盘根槽[8]，0形 胶圈盘根槽[8]的槽内安装0形胶圈[7]。
2.根据权利要求1所述的外加厚油管和套管，其特征在于对于不同公称直径的油管公 接头[5]与母接头[1]的联接API螺纹[9]，在端部联接处采用该管体[4]公称直径所对应 的外加厚油管API螺纹[9]联接，且油管公接头[5]的内径与管体[4]的内径相同，对于不 同公称直径套管公接头[5]与母接头[1]的联接API螺纹[9]，在端部联接处，如套管的管 体[4]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吋的套管API螺纹[9]联接，且套管公接头[5]的内径与管体W]内径相同。
3.根据权利要求1所述的外加厚油管和套管，其特征在于管体[4]两端制成管体镦粗 部分[3]。
4.根据权利要求1所述外加厚油管和套管，其特征在于母接头[1]一端设有API螺纹， 其另一端制成缩径结构，其缩径端面尺寸与管体[4]上管体镦粗部分[3]的端面尺寸相同。
专利摘要本实用新型公开了一种外加厚油管和套管，它用于油井的完井和采油过程中。这种油管和套管由母接头、摩擦焊口、两端管体镦粗部分、管体、公接头、金属圆滑凸起、O形胶圈、O形胶圈盘根槽、API螺纹所组成。其技术特征在于管体与母接头、公接头，采用摩擦焊接构成油管和套管，公接头一端设有API螺纹，API螺纹尾部设有金属圆滑凸起和O形胶圈密封，母接头和公接头都是加厚加大的，因此本实用新型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外加厚油管和套管。
文档编号E21B17/042GK201826763SQ20102053037
公开日2011年5月11日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者孟祥湖 申请人:孟祥湖