油套管螺纹接头抗疲劳齿型的制作方法

本实用新型涉及管道设备技术领域，具体而言，涉及一种油套管螺纹接头抗疲劳齿型。

背景技术：

深海扬矿管、钻井隔水管、生产用油套管等螺纹接头除了承受陆地用油气管螺纹接头的各种载荷外，还承受由于海洋波浪及洋流带来的循环动载荷，要求海洋用螺纹接头具有优良的内压、外压、拉伸、压缩性能外，更重要的是还要具备抗疲劳性能，对于钻井隔水管和外层生产立管，其与海水直接接触，则还要求其同时具有较低的环向应力应对海水的应力腐蚀。传统api偏梯套管配合主要是外螺纹齿底与内螺纹齿顶形成的过盈接触配合，这使得接头的环向应力较大，而且外螺纹齿底应力集中严重，无法用于抗疲螺纹接头中。目前抗疲劳齿型及抗疲劳螺纹接头相关资料还鲜见报道。

本专利齿型优化了牙型结构，相比传统偏梯齿型，本专利齿型可大大减少接头的环向应力及应力集中系数。本专利齿型可用于抗疲劳螺纹接头。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种油套管螺纹接头抗疲劳齿型，以解决现有技术中在环向应力较大时传统螺纹接头无法达到使用要求的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种油套管螺纹接头抗疲劳齿型，包括外螺纹齿和内螺纹齿；其中，外螺纹齿和内螺纹齿配合后，外螺纹齿和内螺纹齿的齿顶和齿底之间具有间隙，以形成抗疲劳槽结构。

进一步地，外螺纹齿包括：外齿底面；外承载面，外承载面与外齿底面呈角度设置；外齿顶面，外齿顶面设置在外承载面上方；外导向面，外导向面设置在外齿顶面远离外承载面的一侧，外导向面与外承载面相对设置；外齿斜面，外齿斜面设置在外导向面远离外齿顶面的一侧。

进一步地，外螺纹齿中相邻两个面之间均设置有过渡圆弧。

进一步地，外齿底面与外承载面之间的过渡圆弧半径为r1和r2，且0.8mm≤r1≤1.5mm，0.2mm≤r2≤0.4mm，圆弧r1与r2相切；外承载面与外齿顶面之间的过渡圆弧半径为r3，r3＝r2；外齿顶面与外导向面之间的过渡圆弧半径为r4，且0.6mm≤r4≤0.9mm；外导向面与外齿斜面之间的过渡圆弧半径为r5，且0.3mm≤r5≤0.7mm；外齿斜面与外齿底面之间的过渡圆弧半径为r6，且0.6mm≤r6≤1.0mm。

进一步地，外齿底面的平行于接头轴线，外承载面的垂直于接头轴线，外导向面的牙型角为α1，50°≤α1≤70°，外齿斜面的牙型角为α2，30°≤α2≤60°。

进一步地，外螺纹齿的两侧的外齿底面与外齿顶面的间距不同，外螺纹齿靠近外承载面一侧的齿高为h1，1.51mm≤h1≤1.75mm，外导向面的高度的为h3，1.15mm≤h3≤1.47mm，外螺纹齿远离外承载面一侧的齿高为h4，1.67mm≤h4≤1.91mm，外承载面的高度的为h5，1.12mm≤h5≤1.35mm，0.08mm≤h6≤0.25mm，高度是指投影到接头轴线所在垂直面后的长度。

进一步地，内螺纹齿包括：内齿底面；内承载面，内承载面与内齿底面呈角度设置；内齿顶面，内齿顶面设置在内承载面上方；内导向面，内导向面设置在内齿顶面远离内承载面的一侧，内导向面与内承载面相对设置；内齿斜面，内齿斜面设置在内导向面远离内齿顶面的一侧。

进一步地，内螺纹齿中相邻两个面之间均设置有过渡圆弧；内齿顶面与内承载面之间的过渡圆弧半径为r7，且0.3mm≤r7≤0.5mm；内承载面与内齿底面之间的过渡圆弧半径为r8，且0.3mm≤r8≤0.8mm；内齿底面与内齿斜面之间的过渡圆弧半径为r9，且0.1mm≤r9≤0.3mm；内齿斜面与内导向面之间的过渡圆弧半径为r10，且0.3mm≤r10≤0.5mm；内导向面与内齿顶面之间的过渡圆弧半径为r11，且0.8mm≤r11≤1.2mm。

进一步地，内齿底面的平行于接头轴线，内齿底面平行与接头轴线，内承载面垂直于接头轴线，内导向面的牙型角为β2，β2＝α1；内齿斜面角度为β1，15°≤β1≤45°。

进一步地，内螺纹齿的两侧的内齿底面与内齿顶面的间距不同，内螺纹齿靠近内承载面一侧的齿高为h7，h7＝h1，0.41mm≤h8≤0.71mm，内导向面的齿高为h9，0.95mm≤h9≤1.35mm，内螺纹齿远离内承载面一侧的高度的为h10，h10＝h4，高度是指投影到接头轴线所在垂直面后的长度。

应用本实用新型的技术方案，抗疲劳槽结构的设置可以使具有抗疲劳齿型的油套管螺纹接头适应环向应力较大的情况，满足在受到海洋波浪及洋流带来的循环动载荷时的使用要求。本实用新型的技术方案有效地解决了现有技术中在环向应力较大时传统螺纹接头无法达到使用要求的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的油套管螺纹接头的实施例的结构示意图；

图2示出了油套管螺纹接头部分螺纹齿配合后的结构示意图；

图3示出了外螺纹齿的结构示意图；

图4示出了内螺纹齿的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、外螺纹齿；11、外齿底面；12、外承载面；13、外齿顶面；14、外导向面；15、外齿斜面；20、内螺纹齿；21、内齿底面；22、内承载面；23、内齿顶面；24、内导向面；25、内齿斜面；30、接头轴线；40、抗疲劳槽结构。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

如图1至图4所示，在本实施例中的一种油套管螺纹接头抗疲劳齿型，包括外螺纹齿10和内螺纹齿20。其中，外螺纹齿10和内螺纹齿20配合后，外螺纹齿和内螺纹齿的齿顶和齿底之间具有间隙，以形成抗疲劳槽结构40。

应用本实施例的技术方案，抗疲劳槽结构40的设置可以使具有抗疲劳齿型的油套管螺纹接头适应环向应力较大的情况，满足在受到海洋波浪及洋流带来的循环动载荷时的使用要求。本实施例的技术方案有效地解决了现有技术中在环向应力较大时传统螺纹接头无法达到使用要求的问题。

如图1至图4所示，在本实施例的技术方案中，外螺纹齿包括外齿底面11、外承载面12、外齿顶面13、外导向面14和外齿斜面15。外承载面12与外齿底面11呈角度设置。外齿顶面13设置在外承载面12上方。外导向面14设置在外齿顶面13远离外承载面12的一侧，外导向面14与外承载面12相对设置。外齿斜面15设置在外导向面14远离外齿顶面13的一侧。上述结构中外齿底面11、部分外承载面12和外齿斜面15配合形成抗疲劳槽结构40的外螺纹齿部分，以配合内螺纹齿形成抗疲劳槽结构40，提高螺纹接头的抗疲劳性能。具体地，外齿底面11、部分外承载面12、外齿斜面15和内齿顶面23配合形成抗疲劳槽结构40。

如图1至图4所示，在本实施例的技术方案中，外螺纹齿中相邻两个面之间均设置有过渡圆弧。上述结构可以减低相邻两个面之间的交界处的应力集中，同时可以降低内螺纹齿和外螺纹齿之间的磨损。

如图1至图4所示，在本实施例的技术方案中，外齿底面11与外承载面12之间的过渡圆弧半径为r1和r2，且0.8mm≤r1≤1.5mm，0.2mm≤r2≤0.4mm，圆弧r1与r2相切。外承载面12与外齿顶面13之间的过渡圆弧半径为r3，r3＝r2。外齿顶面13与外导向面14之间的过渡圆弧半径为r4，且0.6mm≤r4≤0.9mm。外导向面14与外齿斜面15之间的过渡圆弧半径为r5，且0.3mm≤r5≤0.7mm。外齿斜面15与外齿底面11之间的过渡圆弧半径为r6，且0.6mm≤r6≤1.0mm。上述结构可以使外螺纹齿的结构更加稳定可靠，具体参数根据实际的需要进行调节。

如图1至图4所示，在本实施例的技术方案中，外齿底面11的平行于接头轴线30，外承载面12的垂直于接头轴线30，外导向面14的牙型角为α1，50°≤α1≤70°，外齿斜面15的牙型角为α2，30°≤α2≤60°。上述结构用来是外螺纹齿和内螺纹齿之间的配合更加紧密。

如图1至图4所示，在本实施例的技术方案中，外螺纹齿的两侧的外齿底面11与外齿顶面13的间距不同，外螺纹齿靠近外承载面12一侧的齿高为h1，1.51mm≤h1≤1.75mm，外导向面14的高度的为h3，1.15mm≤h3≤1.47mm，外螺纹齿远离外承载面12一侧的齿高为h4，1.67mm≤h4≤1.91mm，外承载面12的高度的为h5，1.12mm≤h5≤1.35mm，0.08mm≤h6≤0.25mm，高度是指投影到接头轴线30所在垂直面后的长度。上述结构可以使外螺纹齿的结构更加规整，提高外螺纹齿的配合性能。具体参数根据实际需求进行设置。h2为h1的一半。

如图1至图4所示，在本实施例的技术方案中，内螺纹齿包括内齿底面21、内承载面22、内齿顶面23、内导向面24和内齿斜面25。内承载面22与内齿底面21呈角度设置。内齿顶面23设置在内承载面22上方。内导向面24设置在内齿顶面23远离内承载面22的一侧，内导向面24与内承载面22相对设置。内齿斜面25设置在内导向面24远离内齿顶面23的一侧。上述结构中内齿底面21、部分内承载面22和内齿斜面25配合形成抗疲劳槽结构40的内螺纹齿部分，以配合外螺纹齿形成抗疲劳槽结构40，提高螺纹接头的抗疲劳性能。具体地，内齿底面21、部分内承载面22、内齿斜面25和外齿顶面13配合形成抗疲劳槽结构40。

如图1至图4所示，在本实施例的技术方案中，内螺纹齿中相邻两个面之间均设置有过渡圆弧。内齿顶面23与内承载面22之间的过渡圆弧半径为r7，且0.3mm≤r7≤0.5mm。内承载面22与内齿底面21之间的过渡圆弧半径为r8，且0.3mm≤r8≤0.8mm。内齿底面21与内齿斜面25之间的过渡圆弧半径为r9，且0.1mm≤r9≤0.3mm。内齿斜面25与内导向面24之间的过渡圆弧半径为r10，且0.3mm≤r10≤0.5mm。内导向面24与内齿顶面23之间的过渡圆弧半径为r11，且0.8mm≤r11≤1.2mm。上述结构可以使外螺纹齿的结构更加稳定可靠，具体参数根据实际的需要进行调节。降低各个面之间的应力集中。

如图1至图4所示，在本实施例的技术方案中，内齿底面21平行于接头轴线30，内承载面22垂直于接头轴线30，内导向面24的牙型角为β2，内齿斜面25的角度为β1，15°≤β1≤45°，内导向面24的牙型角为β2＝α1。上述结构用来是外螺纹齿和内螺纹齿之间的配合更加紧密。

如图1至图4所示，在本实施例的技术方案中，内螺纹齿的两侧的内齿底面21与内齿顶面23的间距不同，内螺纹齿靠近内承载面22一侧的齿高为h7，h7＝h1，0.41mm≤h8≤0.71mm，内导向面24的齿高为h9，0.95mm≤h9≤1.35mm，内螺纹齿远离内承载面22一侧的高度的为h10，h10＝h4，高度是指投影到接头轴线30所在垂直面后的长度。上述结构可以使内螺纹齿的结构更加规整，提高内螺纹齿的配合性能。具体参数根据实际需求进行设置。

本实施例中的螺距p为5牙/英寸，即p＝5.08mm，l1＝l2＝2.54mm；l3＝l4＝2.54mm；齿底平行于螺纹轴线，螺纹锥度为1:16。

具体实施方式：本设计的实施例管体可以采用244.48×11.99mm规格套管，钢级为p110，采用api标准规定接箍外径，材料性能满足api标准要求。螺纹接头几何参数为：齿顶齿底平行螺纹轴线，螺纹锥度1:16，螺距p＝5.08mm，外螺纹齿几何参数为：外齿高h1为1.58mm，h2＝0.79，h3＝1.18mm，h4＝1.74mm，h5＝1.21mm，h6＝0.15mm，l1＝l2＝2.54mm；承载面为直角垂直于接头轴线30，螺纹导向面牙型角α1＝65°，α2＝50°；圆弧r1＝1.4mm，r2＝0.3mm，圆弧r1与r2相切，r3＝0.3，r4＝0.8mm，r5＝0.4mm，r6＝0.8mm。内螺纹齿型几何参数为：内齿高h7＝1.58，h8＝0.56mm，内齿高h9＝1.25mm，h10＝1.74；l3＝l4＝2.54mm；内螺纹齿20承载面为直角垂直于接头轴线30，β1＝30°，β2＝65°；内螺纹齿20圆弧r7＝0.4mm，r8＝0.5mm，r9＝0.2mm，r10＝0.4mm，r11＝1.2mm。应用本技术的套管螺纹接头的连接强度达到6641kn，应力集中系数scf在1.8以下，而且满足3次上卸扣不粘扣的要求，同时具有良好的操作性能。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：应用本实用新型的技术方案，抗疲劳槽结构40的设置可以使具有抗疲劳齿型的油套管螺纹接头适应环向应力较大的情况，满足在受到海洋波浪及洋流带来的循环动载荷时的使用要求。本实用新型的技术方案有效地解决了现有技术中在环向应力较大时传统螺纹接头无法达到使用要求的问题。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。