专利名称：一种螺纹及径向密封的钢管直连旋接加长结构的制作方法
技术领域：
:本实用新型涉及石油、天然气钻探用油管或套管的加长旋接连接结构。
技术背景:石油、天然气钻采过程中必须使用钢质套管和油管，钻探在套管与油管的安装结构如图1所示。其中套管指钻井后用于衬里的管子，作用是防止井壁流动和塌陷，分为表层套管、生产套管和技术套管；油管是石油或天然气抽取通道，井下的石油或天然气在外加压力气体或液体的压力作用下通过油管输送到地层表面。在实际使用过程中套管和油管都必须通过旋接方式来加长，以满足不同井深要求，目前管体的加长连接都是用接箍来实现的，在管体的两端都设置外螺纹，接箍设有内螺纹，相邻两根管体两端的外螺纹分别旋接在接箍的内螺纹孔中。由于接箍的外径必须大于管体的外径，表层套管的内径必须大于生产套管的接箍外径，生产套管的内径必须大于技术套管的接箍的外径，以此类推。这样就导致所有套管的外径都要增大，在相同井深条件下，不仅增加了钢材的用量，而且每根管体都要配备一个连接接箍，每类管体需要配备相应的连接接箍。根据钢管性能特征，在壁厚固定条件下，钢管外径越大，其抗挤毁性能、抗内压泄漏性能越小。目前，套管或油管的管体端部外螺纹和接箍的内螺纹的连接螺纹形式已有100多种扣型，包括三角螺纹、梯形螺纹、单边梯形螺纹、矩形螺纹、T形螺纹等，但它们的密封结构形式都是通过内外螺纹的齿侧面或端面紧密过盈配合连接结构方式来保证实现密封的，有些螺纹既有连接作用，又有密封作用，有些螺纹仅起连接作用，密封依靠端面过盈密封。由于钢管在油井开采中的使用环境比较复杂，需承受重力拉伸载荷、弯曲载荷、扭曲载荷、外挤载荷、内压载荷等，这就要求套管和油管要有足够强度和刚度，以抵抗井下的不规则受力，由于管体的加长都必须使用接箍，因此设置在油管外的各层套管的直径都必须逐级加大，根据机械常识，在管壁厚度相同条件下，管体直径越大抗弯曲载荷、扭曲载荷、外挤载荷、内压载荷强度越低。在现有技术中，套管和油管加长连接结构尚不开接箍，各级套管的直径无法进一步缩小，同时每根套管或油管都必须配备一只接箍，这样既要消耗的钢材多，又要增大套管直径，在井深相同条件下，每眼井的开采所需套管和油管的钢材用量大，成本高，必须对之改进
实用新型内容
:本实用新型的目的是提供一种螺纹及径向密封的钢管直连旋接加长结构，管体与管体之间连接采用直连结构，无需使用接箍，既能保证连接强度又能保证连接密封性能。本实用新型采取的技术方案如下:—种螺纹及径向密封的钢管直连旋接加长结构，其特征是:包括管体外螺纹连接端和管体内螺纹连接端，在管体外螺纹连接端上设有外螺纹连接段，在管体内螺纹连接端上设有内螺纹连接段，且管体内螺纹连接端的外径与管体的外径相同，外螺纹连接段和内螺纹连接段的公称尺寸相同，管体外螺纹连接端和管体内螺纹连接端之间通过螺纹旋接密封结构相连接。进一步，管体外螺纹连接端和管体内螺纹连接端之间通过螺纹旋接密封结构是:在外螺纹连接段和内螺纹连接段之间设有二道机械密封结构，第一道由螺纹配合面产生过盈密封，第二道为设置在外螺纹连接段前端的外密封段和内螺纹连接段后的内密封段之间的径向过盈配合结构。进一步，管体外螺纹连接端和管体内螺纹连接端的硬度比管体硬度高25°/Γ30%，在外密封段与管体之间设有硬度渐变段，在内密封段与管体之间设有硬度渐变段，硬度渐变段的长度为30 100晕米。更进一步，所述径向过盈配合结构是:在外螺纹连接段的外密封段上设有外圆径向密封面，在内螺纹连接段的内密封段上设有内孔径向密封面，两者之间在径向过盈量为
0.01 0.05 晕米。更进一步，所述径向过盈配合结构是:设置在外螺纹连接段前端的外圆径向密封面为圆弧面，设置在内螺纹连接段后端的内孔径向密封面为圆柱面。更进一步，所述径向过盈配合结构是:设置在外螺纹连接段前端的外圆径向密封面为圆弧面，设置在内螺纹连接段后端的内孔径向密封面为圆锥面。由于改变了管体之间的连接结构方式，在每根管体的一端设置外螺纹连接段，在另一端设置内螺纹连接段，相邻两根管体之间通过管体的外螺纹连接段与另一根管体的内螺纹连接段直接旋接密封连接成一体，依靠螺纹旋接密封和径向过盈配合密封，确保两者旋接后密封可靠。这样的连接结构既不用接箍，每只接箍的价格为200元飞00元，而且各级套管的直径可减小10毫米 30毫米，每眼井可节省钢材59Γ8%，可综合降低成本50万元 80万元，经济效益十分显著，同时，在套管的壁厚相同的条件下，管体外径的缩小能显著提高套管的强度。增强了管体的抗弯曲载荷、扭曲载荷、外挤载荷、内压载荷的能力，提高了油气田开采的可靠性和安全 性。虽然每根管体两端的强度相对管体会有所降低，但通过热处理方法提高外螺纹连接段和内螺纹连接段的强度，以弥补结构改进带来的强度降低缺陷。
:图1为油气井开采中套管与油管的分布结构示意图；图2为本实用新型的结构示意图；图3为本实用新型中连接螺纹的一种结构示意图；图4为连接外螺纹与连接内螺纹在旋接前的结构示意图；图中:1_管体外螺纹连接端；2_管体内螺纹连接端；3_硬度渐变段；11_外螺纹连接段；12_外密封段；13_外圆径向密封面；21_内螺纹连接段；22_内密封段；23_内孔径向密封面；α -螺纹承载侧角度；β -螺纹的引导侧角度。
具体实施方式
以下结合附图举例说明本实用新型的具体实施方式
:实施例1:一种螺纹及径向密封的钢管直连旋接加长结构，如图2-4所示，包括管体外螺纹连接端I和管体内螺纹连接端2，在管体外螺纹连接端I设有外螺纹连接段11，在管体内螺纹连接端2上设有内螺纹连接段21，且管体内螺纹连接端2的外径与管体的外径相同，外螺纹连接段11和内螺纹连接段21的公称尺寸相同，在管体外螺纹连接端I和管体内螺纹连接端2之间设有二道机械密封结构，第一道由螺纹配合面产生过盈密封，第二道为设置在外螺纹连接段11上的外密封段12与内螺纹连接段21上的内密封段22之间形成的过盈径向密封结构，在本例中，由外密封段12上外圆径向密封面13和内密封段22上的内孔径向密封面23之间过盈配合结构，设置在外螺纹连接段11上的外圆径向密封面13为圆弧面，设置在内螺纹连接段21上的内孔径向密封面23为圆柱面，两者之间的径向配合过盈量为0.005 0.10晕米。在本例中，外螺纹连接段11和内螺纹连接段21的螺纹牙型均为偏梯形锥管螺纹，锥管螺纹的锥度为1:16，螺纹承载侧角度α =+2°，螺纹的引导侧角度β =+45°，齿顶和齿根平行于母线，对于套管其螺距为5.08mm,即5牙/每英寸，对于油管其螺距为3.175mm,即8牙/每英寸；为了提高管体两端的强度，采用局部热处理方法使管体外螺纹连接端I和管体内螺纹连接端2的硬度比管体硬度高25°/Γ30%，在外密封段12与管体之间设有硬度渐变段3，在内密封段22与管体之间设有硬度渐变段3，硬度渐变段3的长度3(Γ100毫米。实施例2:与实施例1不同之处在于径向密封结构，本例中，设置在外螺纹连接段11上的外圆径向密封面13为圆弧面，设置在内螺纹连接段21上的内孔径向密封面23为圆锥面，两者之间的径 向配合过盈量为0.005、.10毫米。
权利要求1.一种螺纹及径向密封的钢管直连旋接加长结构，其特征是:包括管体外螺纹连接端(I)和管体内螺纹连接端(2)，在管体外螺纹连接端(I)上设有外螺纹连接段(11)，在管体内螺纹连接端(2)上设有内螺纹连接段(21 )，且管体内螺纹连接端(2)的外径与管体的外径相同，外螺纹连接段(11)和内螺纹连接段(21)的公称尺寸相同，在外螺纹连接段(11)和内螺纹连接段(21)之间设有二道机械密封结构，第一道由螺纹配合面产生过盈密封，第二道为设置在外螺纹连接段(11)前端的外密封段(12)和内螺纹连接段(21)后的内密封段(22)之间的径向过盈配合密封。
2.根据权利要求1所述螺纹及径向密封的钢管直连旋接加长结构，其特征是:管体外螺纹连接端(I)和管体内螺纹连接端(2)的硬度比管体硬度高25% 30%，在外密封段(12)与管体之间设有硬度渐变段(3)，在内密封段(22)与管体之间设有硬度渐变段(3)，硬度渐变段(3)的长度为30 100毫米。
3.根据权利要求1所述螺纹及径向密封的钢管直连旋接加长结构，其特征是:所述径向过盈配合结构是:在外螺纹连接段(11)的外密封段(12)上设有外圆径向密封面(13)，在内螺纹连接段(21)的内密封段(22)上设有内孔径向密封面(23)，两者之间在径向过盈量为0.01 0.05毫米。
4.根据权利要求3所述螺纹及径向密封的钢管直连旋接加长结构，其特征是:所述径向过盈配合结构是:设置在外螺纹连接段(11)前端的外圆径向密封面(13)为圆弧面，设置在内螺纹连接段(21)后端的内孔径向密封面(23)为圆柱面。
5.根据权利要求3所述螺纹及径向密封的钢管直连旋接加长结构，其特征是:所述径向过盈配合结构是:设置在外螺纹连接段(11)前端的外圆径向密封面(13)为圆弧面，设置在内螺纹连接段(21)后端的内孔径向密封面(23)为圆锥面。
专利摘要一种螺纹及径向密封的钢管直连旋接加长结构，在管体外螺纹连接端上设有外螺纹连接段，在管体内螺纹连接端上设有内螺纹连接段，且管体内螺纹连接端的外径与管体的外径相同，外螺纹连接段和内螺纹连接段的公称尺寸相同，管体外螺纹连接端和管体内螺纹连接端之间通过螺纹旋接密封结构相连接，两者靠螺纹过盈配合和径向过盈配合密封。管体外螺纹连接端和管体内螺纹连接端的强度通过梯度硬度的硬度渐变段来解决。这样两管连接不用接箍，既能可靠密封连接，又能节约钢材，还能增强管体的抗弯曲载荷、扭曲载荷、外挤载荷、内压载荷的能力，提高了油气田开采的可靠性、安全性和经济性。
文档编号E21B17/08GK202990903SQ20122065672
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者樊鑫业, 王国富, 於宝祥, 刘广华, 霍建 申请人:江苏常宝普莱森钢管有限公司