一种具有螺纹牙型的油套管的制作方法

文档序号:11905827
一种具有螺纹牙型的油套管的制作方法与工艺

本实用新型涉及一种具有螺纹牙型的油套管。



背景技术:

油套管是石油和天然气开采中必不可少的一种石油专用管材,其中连接螺纹是整个管柱中最薄弱的环节,随着油、气井钻井条件的日益苛刻,目前的油套管的API短圆螺纹及长圆螺纹、API偏梯形螺纹已经难以满足现有使用要求,例如,API标准圆螺纹虽然具有密封性能好、互换性好,但连接强度低,只有管体的60%~80%;API偏梯形螺纹虽然连接强度好,但由于齿形结构设计问题,导致其密封性能差,API螺纹不仅要承担连接功能,而且要承担密封功能,所以对API螺纹接头来说,不论是圆螺纹形式还是偏梯形螺纹形式,既使接头的加工公差为零,接头拧紧后,内、外螺纹之间都会产生一定的配合间隙,该间隙呈螺旋状,可连通套管的内外空间,形成流体的泄漏通道,只有依靠螺纹脂填充,API螺纹才能起到密封作用。但是螺纹脂易于挥发变质,尤其是当井下温度较高时,挥发和变质更快,这时其堵塞泄漏通道的作用显著下降,当接头内流体尤其是气体的压力较高时,API螺纹接头很容易发生泄漏事故。



技术实现要素:

本实用新型针对现有技术的不足,提供了一种能够有效解决上述技术问题的具有螺纹牙型的油套管。

为了解决上述技术问题,本实用新型通过下述技术方案得以解决:

一种具有螺纹牙型的油套管,包括管体、油管接箍,所述管体与所述油管接箍配合旋接为一体且连接后整体呈平齐状态,所述管体与所述油管接箍的配合旋接面上形成有螺纹部分,所述螺纹部分为偏梯形螺纹,且螺纹部分上开有承载面角度和导向面角度,所述螺纹部分的承载面角度为3°、导向面角度为10°,所述管体与所述油管接箍的密封紧固面上形成有扭矩台肩部分,所述扭矩台肩部分与所述管体的径向夹角为-15°。

所述螺纹部分上形成有金属密封面,所述螺纹部分的金属密封面呈径向密封。

所述螺纹部分的金属密封面的径向密封可为锥面/锥面、锥面/球面、柱面/球面、柱面/柱面、球面/球面中的任一种结构形式。

所述螺纹部分的规格为2—3/8″—2/8″8牙/英寸;3—1/2″—41/2″6牙/英寸;5″以上5牙/英寸。

所述螺纹部分的外表面上形成有磷化层或镀铜层。

有益效果:本实用新型与现有技术相比较,其具有以下有益效果:

本实用新型具有螺纹牙型的油套管把连接功能和密封功能分开,通过螺纹部分的承载面与导向面来减少各种粘扣现象,同时螺纹部分的金属密封面与扭矩台肩部分配合加强密封效果,即使在弯曲及复合载荷作用下,仍可提供优异的气密性,经过重复不断的上卸扣,密封性能依然良好。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述,为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举较佳实施 例,并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1为具有螺纹牙型的油套管的示意图;

图2为具有螺纹牙型的油套管的性能示意图。

图3为具有螺纹牙型的油套管的螺纹部分的接触压力分布图。

具体实施方式

如图1、2所示,一种具有螺纹牙型的油套管,包括管体1、油管接箍4,管体1与油管接箍4配合旋接为一体且连接后整体呈平齐状态,保证了连接后强度达到或超过管体,同时有效地减少了气体或液体在管道内的紊流现象,减少了能量的损失,管体1与油管接箍4的配合旋接面上形成有螺纹部分2,螺纹部分2为偏梯形螺纹,且螺纹部分2上开有承载面角度和导向面角度,螺纹部分2的承载面角度为3°、导向面角度为10°,选择承载面角3°、导向面角10°的螺纹部分2可以保证接头不发生脱扣失效,从而充分发挥出螺纹材料的潜力,满足连接强度的要求,螺纹部分2不但具有较高的连接强度,而且便于加工和检测,从而可降低接头的成本,具体地,螺纹部分2的规格为2—3/8″—2/8″8牙/英寸;3—1/2″—4 1/2″6牙/英寸;5″以上5牙/英寸,改善各牙螺纹的受力不均匀问题,使得螺纹部分2的接头在拉伸载荷作用下,各牙螺纹受力比较均匀,从而优化螺纹部分2的接头,螺纹部分2的外表面上形成有磷化层或镀铜层,对提高螺纹部分2的抗腐蚀能力有利,螺纹部分2上形成有金属密封面,螺纹部分2的金属密封面呈径向密封,螺纹部分2的金属密封面的径向密封可为锥面/锥面、锥面/球面、柱面/球面、柱面/柱面、球面/球面中的任一种结构形式,以Φ 177.8mm×9.19mm的N80钢级套管为例,建立计算模型,研究在密封结构分别为锥面/锥面、锥面/球面、柱面/球面的情况下,金属密封面上的接触压力分布情况,接头按位置控制上扣,上扣时假设螺纹部分2的径向过盈量为0.16mm,扭矩台肩部分3的轴向过盈量为0.05mm,主密封面的径向过盈量为0.12mm,其中锥面/锥面、锥面/球面结构中锥面的锥度1:10,锥面/球面、柱面/球面结构中球面的半径R=7mm。上扣后继续施加拉伸载荷P,P的大小通过下式给出:

P=0.8σsA=0.8×σs×π(D2-d2)÷4=2150kN

式中σs——套管屈服强度,552Mpa

D——管体外径,177.8mm

d——管体内径,159.42mm

在上扣、上扣+拉伸载荷情况下,锥面/锥面、锥面/球面、柱面/球面上的接触压力分布情况如图3所示。

根据螺纹部分2的接头密封机理,金属密封面上的接触压力越高、接触面积越宽,则对接头的密封越有利,若选择锥面/锥面形式,则接触面积较宽,在同样的接触压力下可获得较好的密封效果,从这个角度讲,锥面/锥面形式有利于得到更好的密封性能。

进一步,管体1与油管接箍4的密封紧固面上形成有扭矩台肩部分3,扭矩台肩部分3与管体1的径向夹角为-15°,提高了螺纹部分2的接头复合承载能力;与常用的直角台肩相比,反向台肩具有更好的密封效果,在这种情况下装配,反向台肩处可以产生很高的接触压力,对Φ177.8×9.19mm的N80钢级套管来说,此处的接触压力在800Mpa~1000Mpa之间, 可起到很好的密封效果,与直角台肩相比,反向台肩在拉伸载荷下仍能保持较高的接触压力,而拉伸载荷是套管工作时最主要的载荷之一,在装配后的螺纹部分2的接头上施加轴向拉伸载荷,载荷值为管体1屈服强度的10~80%,每间隔10%加载一次,此时螺纹部分2的金属密封面的锥面/锥面密封的接触压力基本不受轴向负荷的影响,而-15°的扭矩台肩部分3在受轴向拉伸负荷后,其密封能力明显优于直角台肩,扭矩台肩部分3可以吸收一部分上扣扭矩,使螺纹部分2的过盈量减小,从而减小了螺纹部分2的接头拧紧后产生的有害周向应力,有利于降低螺纹部分2的接头的应力水平,防止螺纹粘扣。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述,并非对本实用新型的构思和范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思的前提下,本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进,均应落入到本实用新型的保护范围,本实用新型请求保护的技术内容,已经全部记载在权利要求书中。

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