一种高温高压气井用油套管特殊螺纹接头的制作方法

文档序号:11092253
一种高温高压气井用油套管特殊螺纹接头的制造方法与工艺

本实用新型涉及一种高温高压气井用油套管特殊螺纹接头,属于油套管螺纹连接技术领域。



背景技术:

油套管是开采石油和天然气所必需的石油专用管材,几百根套管通过螺纹连接起来,螺纹连接的技术是影响钻采过程安全可靠的关键技术。我国西部很多油气田具有150℃高温和55MPa以上高压的特点,需要在复杂工况下具有高可靠密封性的螺纹接头。普通的API螺纹接头密封性能差、连接强度低,无法满足使用要求,必须使用特殊螺纹接头才能满足其密封性能要求,而目前采用的台肩与密封面结合的气密封特殊螺纹接头存在如下几个缺点:

1)采用的偏梯螺纹导向面角度小,不易对扣、易粘扣;

2)密封面采用内螺纹加工球面或加工多级密封面的结构设计,导致加工、检测不方便;

3)未设置复杂工况下的应变空间,难以达到高温和高压复杂工况下的气密封要求;

4)密封位置距管端远,滑动距离长,密封面易粘扣,导致高温高压工况下密封失效;

5)-15 º或-20 º扭矩台肩,压缩载荷下台肩易发生剪切断裂失效。



技术实现要素:

本实用新型针对现有技术的不足,提供了一种高温高压气井用油套管特殊螺纹接头,具有加工/检测方便、连接强度高、抗粘扣、抗过扭、抗压缩、抗应变的特点,能够满足180℃、55MPa以上的复杂工况下的气井使用要求。

为解决上述技术问题,本实用新型采取的技术方案是:

一种高温高压气井用油套管特殊螺纹接头,包括接箍和管体两部分。所述接箍上依次设有内螺纹、储油退刀槽、锥形密封面、过渡凹圆弧和扭矩台肩;所述管体端部依次设有外螺纹、圆柱面、球形密封面、过渡凸圆弧和扭矩台肩。所述锥形密封面与球形密封面相挤压接触形成密封结构;所述接箍扭矩台肩与管体扭矩台肩互相顶紧,形成轴向过盈配,扭矩台肩的倾斜角度θ为-7°~-10°;所述过渡凸圆弧与过渡凹圆弧形成几何空间,可为高温高压复杂工况下的应力变形提供自由空间。-7º~ -10º的小角度逆向扭矩台肩可增强接头的抗压缩能力,还可获得更厚的公扣鼻端,防止密封面变形,达到较好的高温高压下辅助密封效果。设置逆向扭矩台肩具有上扣定位、抗过扭矩作用,避免密封面粘扣,减少了复杂工况下粘扣造成的密封失效风险。

进一步的,内螺纹和外螺纹为优化的偏梯螺纹,导向面角度β为30°~45°;内螺纹齿高为1.70~1.85mm,外螺纹齿高为1.50~1.70mm;螺纹锥度为1:16。大角度导向面易对扣,抗粘扣,可实现快速上扣。内、外螺纹齿高不同使得内螺纹齿底与外螺纹齿顶之间存在宽0.2mm的间隙,同时外螺纹圆柱面与接箍储油退刀槽也形成间隙配合,存储多余的螺纹脂,保证密封结构上的接触应力,达到高温高压下的密封效果。

进一步的,密封结构的密封接触位置在距外螺纹端3~5mm处;所述接箍锥形密封面锥度为1/8~1/10;所述管体球形密封面的半径为40~90mm。密封接触位置设计在距外螺纹端3~5mm处,在保持良好密封情况下,减小了滑动距离,降低密封面粘扣风险;球形密封面在管体部分,加工、检测方便。

进一步的,过渡凹圆弧半径为0.4~0.8mm,所述过渡凸圆弧半径为0.9~1.2mm,过渡凸圆弧的直径是过渡凹圆弧直径的1.2~2倍。在密封面和扭矩台肩之间设计管体过渡凸圆弧与接箍过渡凹圆弧,使用时相互配合而形成的几何空间,可以有效为高温高压复杂工况下的应力变形提供自由空间,有效保护密封面和扭矩台肩,进一步增强气密封效果。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于:

1)通过优化的偏梯螺纹增强了螺纹连接强度,可实现快速上扣,减少螺纹粘扣风险;

2)优化的密封结构和逆向扭矩台肩,降低了密封面粘扣风险,解决了高温高压下密封面粘扣导致的密封失效问题,且加工、检测方便,易于实现生产;

3)小角度逆向台肩具有防止密封面变形,抗压缩能力强的作用,设置过渡圆弧可提供高温高压复杂工况下的应变空间,有效保护密封面和扭矩台肩,满足高温高压气井的密封使用要求。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的螺纹牙型图。

图3为本实用新型接箍密封面的放大示意图。

图4为本实用新型管体密封面的放大示意图。

图中:1、接箍;2、内螺纹;3、储油退刀槽;4、锥形密封面;5、过渡凹圆弧;6、扭矩台肩;7、管体;8、外螺纹;9、圆柱面;10、球形密封面;11、过渡凸圆弧;12、扭矩台肩;13、承载面;14、导向面;h1、外螺纹齿高;h2、内螺纹齿高。

具体实施方式

为了更清楚的描述本实用新型,下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示,一种高温高压气井用油套管特殊螺纹接头,由接箍1和管体7两部分组成。在接箍1上依次设有内螺纹2、储油退刀槽3、锥形密封面4、过渡凹圆弧5和扭矩台肩6;在管体7端部依次设有外螺纹8、圆柱面9、球形密封面10、过渡凸圆弧11和扭矩台肩12。使用时,内螺纹2与外螺纹8互相啮合,为接头提供足够的连接强度;接箍上锥形密封面4与管体上球形密封面10相挤压接触形成密封结构,阻止高压气体泄漏,使接头具有气密封效果;接箍过渡凹圆弧5与管体过渡凸圆弧11形成的几何空间为高温高压、复杂工况下的应力变形提供了自由空间,可有效保护密封结构和扭矩台肩;扭矩台肩6与管体扭矩台肩12互相顶紧,形成轴向过盈配,提高接头抗过扭、抗压缩能力。

如图2所示,所述外螺纹和内螺纹均为优化的偏梯型螺纹,外螺纹和内螺纹之间相接触的承载面13角度为0°,小角度承载面13提高接头抗拉伸和弯曲的能力,提高了螺纹连接效率。导向面14与图中水平面垂直线的夹角β为30°~45°。所述内螺纹齿高h2为1.70~1.85mm,外螺纹齿高h1为1.50~1.70mm。

图3所示,所述锥形密封面4的锥度为1/8~1/10,所述储油退刀槽3位于螺纹连接部与密封面之间;所述过渡凹圆弧5半径为0.4~0.8mm,扭矩台肩6与图中水平面垂线的夹角θ为-7 º~-10º。

图4所示,所述管体球形密封面10的半径为40~90mm,所述圆柱面9位于螺纹连接部与密封面之间; 过渡凸圆弧11位于球形密封面10和扭矩台肩12的过渡处,圆弧半径为0.9~1.2mm;所述管体的扭矩台肩12与接箍的扭矩台肩6相互吻合接触,倾斜角度θ为-7°~-10°。密封面密封受力位置在距离管体端部3~5mm处。

技术效果验证:对规格为139.7mm×9.17mm P110-13Cr的套管按照此技术方案加工特殊螺纹接头,并在有限元模拟分析后进行全尺寸实物评价试验,通过相关试验显示该特殊螺纹接头在拉伸/压缩、60MPa内压、180℃高温及弯曲度20°/100 ft的工况下未发生泄漏,接头强度可达到100%管体屈服强度。试验表明该特殊螺纹接头连接强度高,气密封性能好,满足高温高压、复杂工况条件气井的使用需求。

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