油套管螺纹接头的制作方法

本实用新型涉及接头装置技术领域，具体而言，涉及一种油套管螺纹接头。

背景技术：

随着勘探钻井技术的不断发展，深井、超深井、高温高压井越来越多，这要求油套管螺纹接头具有良好的结构完整性和密封完整性，更重要的是密封性能的鲁棒性，即在拉伸、压缩、内压、外压、弯曲等各种复杂恶劣工况及偶然性外部因素下然能保持具有优异的密封稳健性；同时，油气田一般自然环境恶劣，这要求油套管螺纹接头具有良好下井操作性能，方便下井操作；同时在运输及装卸螺纹接头保护套过程中密封面能尽量避免偶然性外力损坏。

标准的api螺纹油套管由于本身的设计缺陷导致其存在螺纹接头连接强度低、抗复合载荷能力差、不具备气密封性能等问题，无法胜任苛刻的井况，主要用于浅井、低压井等工况要求不高的井况。

中国专利cn203925329公开了一种名称为“一种气密封油套管接头”，该专利技术螺纹为偏梯形结构，齿顶齿底平行螺纹母线，外螺纹接头端设计有第一定位台肩和第一密封面，内螺纹接头设计有相对应的第二定位台肩和第二密封面，第一密封面和第二密封面为倾斜角为β的锥面，其中0.1≤tanβ≤1.8，这种较为传统的结构加工检测性较好，密封性能优良，但是密封结构在运输或其它操作时容易意外损伤，而且密封结构靠近定位台肩，其密封性能严重受到定位台肩的受力状态影响，密封性能的稳定性不高，同时该油套管螺纹接头为了达到100％压缩性能，往往需要采用管端缩口工艺，生产加工成本高。

中国专利cn2575286公开了一种名称为“油、套管螺纹接头”的实用新型专利，该专利技术螺纹为改进的偏梯形结构，密封结构采用了外密封面为柱面，内密封面为球面的结构，该密封结构在油套管受力状态下能保持稳定的密封性能，但是生产加工及检测困难，而且密封结构容易意外损伤。

中国专利cn202946041公开了一种名称为“气密封锯齿形油井管螺纹接头结构”的实用新型专利技术，该技术采用了锯齿形齿型结构，齿顶齿底平行螺纹母线，螺纹连接强度较高，降低了外部载荷对密封性能的影响；密封结构与定位台肩形成楔形结构，保持密封的稳定性，内外密封面与垂线之间的夹角分别为β1和β2，β1＝β2＝75°～105°，该专利技术螺纹接头具有良好的连接强度和密封性能；但是，该密封结构在运输或其它操作时容易意外损伤，而且密封结构靠近定位台肩，其密封性能严重受到定位台肩的受力状态影响，密封性能的稳定性不高，同时该油套管螺纹接头为了达到100％压缩性能，往往需要采用管端缩口工艺，生产加工成本高。

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，以解决现有技术中的螺纹接头连接强度低、抗复合载荷能力差、密封稳定性差的问题。

为了实现上述目的，本实用新型的提供了一种油套管螺纹接头，包括公端和母端，公端和母端通过螺纹连接；公端包括外鼻端，外鼻端设置在公端的端部，母端包括内鼻端，内鼻端设置在母端的内侧；其中，外鼻端和外鼻端配合形成接头鼻端结构，接头鼻端结构包括槽孔部，以改善接头鼻端结构的密封接触压力分布。

进一步地，接头鼻端结构还包括密封部和台肩部，槽孔部设置在密封部和台肩部之间。

进一步地，外鼻端包括：鼻端台肩，鼻端台肩设置在外鼻端的端部；外锥面，外锥面与鼻端台肩连接且处于外鼻端的外表面；外密封锥面，外密封锥面与外锥面相连，外密封锥面与外锥面呈角度设置；外圆柱面，外圆柱面与外密封锥面连接，并处于远离外锥面的一侧；其中，鼻端台肩和外锥面形成负角结构，外锥面与外鼻端的轴线的夹角大于外密封锥面与外鼻端的轴线的夹角。

进一步地，内鼻端包括：定位台肩，定位台肩与鼻端台肩相适配；内圆柱面，内圆柱面与外锥面相对设置；内密封锥面，内密封锥面与外密封锥面相对应；其中，外锥面与内圆柱面配合形成槽孔部。

进一步地，外密封锥面与外圆柱面之间设置有外密封弧面，外密封弧面和外密封锥面形成外密封结构；内密封锥面远离内圆柱面的一侧设置有内密封弧面，内圆柱面与内密封锥面之间设置有过渡弧面，内密封弧面、内密封锥面和过渡弧面形成内密封结构；外密封结构和内密封结构配合形成密封部。

进一步地，内鼻端还包括储存面，储存面于内密封弧面连接并处于远离内密封锥面的一侧，储存面、内密封弧面与外圆柱面配合后形成螺纹脂储存槽。

进一步地，外密封锥面与外鼻端的轴线的夹角为θ1为4°≤θ1≤18°；外锥面与外鼻端的轴线的夹角为θ2，且5°≤θ2≤20°；其中，θ1小于θ2。

进一步地，鼻端台肩与所在管体的轴线垂直面夹角为θ3，且10°≤θ3≤20°，内螺纹密封面与所在管体的轴线的夹角为θ4，且4°≤θ4≤18°，定位台肩与所在管体的轴线的夹角为θ5，且10°≤θ5≤20°。

进一步地，外密封弧面的半径为r1，且15mm≤r1≤25mm，内密封弧面的半径为r4，且5mm≤r4≤10mm，过渡弧面的半径为r5，且5mm≤r5≤10mm。

进一步地，外鼻端的鼻端长度为l，当油套管螺纹接头所在的管体为套管时，15mm≤l≤20mm；当油套管螺纹接头所在的管体为油管时，10mm≤l≤15mm。

应用本实用新型的技术方案，接头鼻端结构中槽孔部的设置可以改善接头鼻端结构的密封接触压力分布，进而提高螺纹接头的连接强度，增强螺纹接头的抗复合载荷能力，同时槽孔部的设置可以在螺纹接头之间形成空腔，配合密封部和台肩部之后可以使螺纹接头具有较强的气体密封性能，进而提高整个油套管性能。本实用新型的技术方案有效地解决了现有技术中的螺纹接头连接强度低、抗复合载荷能力差、密封稳定性差的问题。

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公端和母端配合后的实施例的结构示意图；

图2示出了图1中a处接头鼻端结构的放大图；

图3示出了本实用新型的公端的结构示意图；

图4示出了图3中b处外鼻端的放大图；

图5示出了本实用新型的母端的结构示意图；

图6示出了图5中c处外鼻端的放大图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、公端；11、外鼻端；111、鼻端台肩；112、外锥面；113、外密封锥面；114、外圆柱面；12、公端管体；20、母端；21、内鼻端；211、定位台肩；212、内圆柱面；213、内密封锥面；214、储存面；22、母端管体；30、槽孔部；40、密封部；50、台肩部；60、螺纹脂储存槽。

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6所示，在本实施例中的一种油套管螺纹接头，包括公端10和母端20，公端10和母端20通过螺纹连接。公端10包括外鼻端11，外鼻端11设置在公端10的端部，母端20包括内鼻端21，内鼻端21设置在母端20的内侧。其中，外鼻端11和外鼻端11配合形成接头鼻端结构，接头鼻端结构包括槽孔部30，以改善接头鼻端结构的密封接触压力分布。

应用本实施例的技术方案，接头鼻端结构中槽孔部30的设置可以改善接头鼻端结构的密封接触压力分布，进而提高螺纹接头的连接强度，增强螺纹接头的抗复合载荷能力，同时槽孔部30的设置可以在螺纹接头之间形成空腔，配合密封部40和台肩部50之后可以使螺纹接头具有较强的气体密封性能，进而提高整个油套管性能。本实施例的技术方案有效地解决了现有技术中的螺纹接头连接强度低、抗复合载荷能力差、密封稳定性差的问题。

值得注意的是，公端10包括外鼻端11和公端管体12，母端20包括内鼻端21和母端管体22。

如图1至图6所示，在本实施例的技术方案中，接头鼻端结构还包括密封部40和台肩部50，槽孔部30设置在密封部40和台肩部50之间。上述结构可以更好地配合槽孔部30，以保证槽孔部30的改善性能。

如图1至图6所示，在本实施例的技术方案中，外鼻端11包括鼻端台肩111、外锥面112、外密封锥面113和外圆柱面114。鼻端台肩111设置在外鼻端11的端部。外锥面112与鼻端台肩111连接且处于外鼻端11的外表面。外密封锥面113与外锥面112相连，外密封锥面113与外锥面112呈角度设置。外圆柱面114与外密封锥面113连接，并处于远离外锥面112的一侧。其中，鼻端台肩111和外锥面112形成负角结构，外锥面112与外鼻端11的轴线的夹角大于外密封锥面113与外鼻端11的轴线的夹角。内鼻端21包括定位台肩211、内圆柱面212和内密封锥面213。定位台肩211与鼻端台肩111相适配。内圆柱面212与外锥面112相对设置。内密封锥面213与外密封锥面113相对应。其中，外锥面112与内圆柱面212配合形成槽孔部30。上述结构可以在外鼻端11和内鼻端21相互配合后形成密封部40、槽孔部30和台肩部50，鼻端台肩111和外锥面112形成的负角结构可以提高螺纹接头的稳定性和密封性。

如图1至图6所示，在本实施例的技术方案中，外密封锥面113与外圆柱面114之间设置有外密封弧面，外密封弧面和外密封锥面113形成外密封结构。内密封锥面213远离内圆柱面212的一侧设置有内密封弧面，内圆柱面212与内密封锥面213之间设置有过渡弧面，内密封弧面、内密封锥面213和过渡弧面形成内密封结构。外密封结构和内密封结构配合形成密封部40。上述结构中外密封弧面和外密封锥面113形成的外密封结构可以在螺纹接头旋进的过程中逐步加强密封性，最终达到完全密封的效果。外密封弧面和外密封锥面113一起协同形成具有较高密封接触压力和较大密封接触长度的外密封结构。内密封弧面、内密封锥面213和过渡弧面形成内密封结构，也具有较高密封接触压力和较大密封接触长度。

如图1至图6所示，在本实施例的技术方案中，内鼻端21还包括储存面214，储存面214于内密封弧面连接并处于远离内密封锥面213的一侧，储存面214、内密封弧面与外圆柱面114配合后形成螺纹脂储存槽60。上述结构中螺纹脂储存槽60的设置可以使接头拧接后可以储存螺纹部位多余的螺纹脂，降低螺纹脂压力对接头的影响。

如图1至图6所示，在本实施例的技术方案中，外密封锥面113与外鼻端11的轴线的夹角为θ1为4°≤θ1≤18°。外锥面112与外鼻端11的轴线的夹角为θ2，且5°≤θ2≤20°。其中，θ1小于θ2。上述结构可以使外密封锥面113的性能达到最佳。

如图1至图6所示，在本实施例的技术方案中，鼻端台肩111与所在管体的轴线垂直面夹角为θ3，且10°≤θ3≤20°，内螺纹密封面与所在管体的轴线的夹角为θ4，且4°≤θ4≤18°，定位台肩211与所在管体的轴线的夹角为θ5，且10°≤θ5≤20°。上述结构可以使螺纹接头的性能得到优化，具有更好地密封效果。

如图1至图6所示，在本实施例的技术方案中，外密封弧面的半径为r1，且15mm≤r1≤25mm，内密封弧面的半径为r4，且5mm≤r4≤10mm，过渡弧面的半径为r5，且5mm≤r5≤10mm。上述结构可以在保证密封强度的同时，还可以降低应力集中的现象。

如图1至图6所示，在本实施例的技术方案中，外鼻端11的鼻端长度为l，当油套管螺纹接头所在的管体为套管时，15mm≤l≤20mm。当油套管螺纹接头所在的管体为油管时，10mm≤l≤15mm。上述结构可以使管体根据实际需要进行选用规格，以适用不同工况下的作业。

具体实施例：

1、本设计的第一实施例管体采用139.7×12.7mm规格套管，钢级为125v，采用api标准规定接箍外径，材料性能满足api标准要求。外螺纹接头几何参数为：螺距p＝5牙/英寸，螺纹齿顶齿底平行于螺纹母线，螺纹锥度1:16，密封弧面r1＝20mm，θ1＝8°，θ2＝12°，过渡圆角r2＝8mm，过渡圆角r3＝0.6mm，θ3＝15°，l＝15.5mm。密封弧面r4＝8mm，θ4＝8°，r5＝8mm，r6＝0.5mm，θ5＝15°。该套管螺纹接头的连接强度达到4368kn，抗压缩强度达到4368kn，气密封性能达到137mpa以上，抗外压性能达到143mpa以上，抗弯曲能力达到30°/30米以上，而且满足3次上卸扣不粘扣的要求。同时该套管螺纹接头对扣、入扣等操作性好，具有优异密封性能的稳健性。

2、本设计的第二实施例管体采用88.9×9.52mm规格油管，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。外螺纹接头几何参数为：螺距p＝7牙/英寸，螺纹齿顶齿底平行于螺纹母线，螺纹锥度1:16，r1＝15mm，θ1＝5°，θ2＝9°，过渡圆角r2＝6mm，过渡圆角r3＝0.6mm，θ3＝15°,l＝12.5mm。密封弧面r4＝6mm，θ4＝5°，r5＝6mm，r6＝0.5mm，θ5＝15°。该套管螺纹接头的连接强度达到1800kn，抗压缩强度达到1800kn，气密封性能达到142mpa以上，抗外压性能达到145mpa以上，抗弯曲能力达到45°/30米以上，而且满足10次上卸扣不粘扣的要求。同时该套管螺纹接头对扣、入扣等操作性好；具有优异密封性能的稳健性。

与现有技术相比，本实用新型技术有显著进步，具体表现在：

1、采用了优化的密封面结构及密封面位置，极大提高了螺纹接头的密封完整性和密封稳健性，同时极大降低了密封面结构在管子运输，螺纹保护套装卸以及油套管下井操作过程中偶然性损坏的概率；

2、螺纹接头上扣拧接后，临近台肩部50位优化合理的槽孔结构使得密封面部位密封接触压力分布得到极大优化；

3、采用了负角度的台肩部50位，使得螺纹接头具有良好的抗压缩抗扭和上扣定位性能；

4、采用本实用新型技术的油套管螺纹接头在无需缩口或轻微缩口工艺的情况下，其综合性能得到极大提高。

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，接头鼻端结构中槽孔部30的设置可以改善接头鼻端结构的密封接触压力分布，进而提高螺纹接头的连接强度，增强螺纹接头的抗复合载荷能力，同时槽孔部30的设置可以在螺纹接头之间形成空腔，配合密封部40和台肩部50之后可以使螺纹接头具有较强的气体密封性能，进而提高整个油套管性能。本实用新型的技术方案有效地解决了现有技术中的螺纹接头连接强度低、抗复合载荷能力差、密封稳定性差的问题。

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。