一种井下工具使用的气密封螺纹结构及井下工具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油井下工具技术领域，特别是涉及一种用于连接井下工具本体零部件的井下工具使用的气密封螺纹结构及井下工具。
【背景技术】
[0002]随着世界对化石能源需求的急剧攀升、以及石油可开采量的逐年减小，当前石油开采领域正逐步向深井、超深井、高压油气井、稠油热采井、定向井等方面发展，由此对井下工具各零部件间的连接密封性提出了更高的要求。目前，井下工具各零部件间的密封连接结构为:在普通连接螺纹的前端或后端添加O型密封圈，但是其已经不能满足当前石油开采时高温高压的使用环境的要求，也不能满足耐久性和使用寿命的要求。一旦井下工具各零部件间螺纹连接结构的气密封性失效，将造成巨大的经济损失和环境污染。所以，为了保证石油的安全生产，势必需要一种具有承压能力强、使用寿命长、耐久性好等优点的气密封螺纹结构，以提高井下工具的密封性能。
【发明内容】
[0003]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有高密封性的井下工具使用的气密封螺纹结构。
[0004]为实现上述目的，本发明提供一种井下工具使用的气密封螺纹结构，包括设有外螺纹的公扣和设有内螺纹的母扣，所述公扣和母扣相互嵌套、且公扣的外螺纹与母扣的内螺纹相连接，在所述公扣和母扣螺纹连接段的前侧和/或后侧设有密封单元，该密封单元包括设在公扣外周面上的外密封面、以及设在母扣内周面上的内密封面，所述外密封面与内密封面过盈配合。
[0005]进一步地，所述密封单元有两个，分别为位于公扣和母扣螺纹连接段前侧的一级密封单元、以及位于公扣和母扣螺纹连接段后侧的二级密封单元;所述一级密封单元包括设在公扣外周面上的一级外密封锥面、以及设在母扣内周面上的一级内密封锥面，所述一级外密封锥面与一级内密封锥面过盈配合;所述二级密封单元包括设在公扣外周面上的二级外密封锥面、以及设在母扣内周面上的二级内密封锥面，所述二级外密封锥面与二级内密封锥面过盈配合;所述一级外密封锥面和二级外密封锥面构成所述外密封面，所述一级内密封锥面和二级内密封锥面构成所述内密封面。
[0006]优选地，所述外螺纹与一级外密封锥面、外螺纹与二级外密封锥面、内螺纹与一级内密封锥面、内螺纹与二级内密封锥面均通过圆柱面过渡连接。
[0007]优选地，所述一级外密封锥面的母线与公扣的中心线之间的夹角为5°，所述一级内密封锥面的母线与母扣的中心线之间的夹角为4.5°，所述二级外密封锥面的母线与公扣的中心线之间的夹角为5°，所述二级内密封锥面的母线与母扣的中心线之间的夹角为5°。
[0008]进一步地，还包括位于公扣和母扣之间的形变空间，该形变空间位于所述二级密封单元的后端处。
[0009]优选地，所述公扣后端设有位于二级外密封锥面后端处的第一圆弧面，所述母扣后端设有位于二级内密封锥面后端处的第二圆弧面，所述第二圆弧面的圆弧半径是第一圆弧面的圆弧半径的1.5?3倍，所述第一圆弧面和第二圆弧面之间围成的区域构成所述形变空间。
[0010]进一步地，所述公扣的内周面上开设有用于允许外密封面产生弹性变形的内孔。
[0011]进一步地，所述公扣的后端设有向外突出的扭矩台肩，当公扣和母扣螺纹拧紧后，所述扭矩台肩的前端面与母扣的后端面相抵靠。
[0012]优选地，所述公扣和母扣的材质均为金属。
[0013]本发明还提供一种井下工具，包括如上所述的气密封螺纹结构。
[0014]如上所述，本发明涉及的井下工具使用的气密封螺纹结构及井下工具，具有以下有益效果:
[0015]本申请涉及的气密封螺纹结构中，通过外螺纹和内螺纹的相互连接可实现公扣和母扣的可靠连接，同时，通过公扣上外密封面与母扣上内密封面的过盈配合实现深井严苛条件下的高效密封，进而提高气密封螺纹结构及设有该气密封螺纹结构的井下工具的气密封性能，最终保证石油开采的顺利进行。
【附图说明】
[0016]图1为本申请中公扣的结构示意图。
[0017]图2为本申请中母扣的结构示意图。
[0018]图3为本申请中公扣与母扣的连接示意图。
[0019]图4为图3的A圈放大图。
[0020]元件标号说明
[0021 ]I公扣
[0022]11外螺纹
[0023]12一级外密封锥面
[0024]13二级外密封锥面
[0025]14第一圆弧面
[0026]15内孔
[0027]16扭矩台肩
[0028]17第三圆弧面
[0029]2母扣
[0030]21内螺纹
[0031 ]22一级内密封锥面
[0032]23二级内密封锥面
[0033]24第二圆弧面
[0034]3圆柱面
[0035]4形变空间
[0036]5一级密封单元
[0037]6二级密封单元
【具体实施方式】
[0038]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0039]须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0040]本申请提供一种井下工具使用的气密封螺纹结构，用于井下工具本体上各零部件间的螺纹连接，使各零部件之间具有非常好的气密封效果；同时，本申请还提供一种井下工具，包括气密封螺纹结构，依次来提高该井下工具的气密封效果。如图1至图3所示，所述气密封螺纹结构包括设有外螺纹11的公扣I和设有内螺纹21的母扣2，所述公扣I穿设在母扣2中、且公扣I的外螺纹11与母扣2的内螺纹21相连接，在所述公扣I和母扣2螺纹连接段的前侧和/或后侧设有密封单元;所述密封单元包括设在公扣I外周面上的外密封面、以及设在母扣2内周面上的内密封面，所述外密封面与内密封面过盈配合。因此，所述气密封螺纹结构有三种实施例:实施例一、公扣I和母扣2螺纹连接段的前侧设有密封单元;实施例二、公扣I和母扣2螺纹连接段的后侧设有密封单元;实施例三、公扣I和母扣2螺纹连接段的前侧和后侧都设有密封单元。
[0041 ]本申请涉及的气密封螺纹结构中，通过外螺纹11和内螺纹21的相互连接可实现公扣I和母扣2的可靠连接，同时，通过公扣I上外密封面与母扣2上内密封面的过盈配合实现深井严苛条件下的高效密封，进而提高气密封螺纹结构及设有该气密封螺纹结构的井下工具的气密封性能，最终保证石油开采的顺利进行。优选地，上述三个实施例中，所述公扣I和母扣2的材质均为金属，如公扣I和母扣2可选用铜、钢、铝合金、铝、钛、钛合金等金属材料；公扣I和母扣2都选用金属材质后，可大大提高公扣I和母扣2在螺纹连接段处以及密封单元处的承压能力，从而使得该气密封螺纹结构具有高抗拉强度、使用寿命长、耐久性好等优点。
[0042]进一步地，上述气密封螺纹结构的三个实施例中，实施例三为较优实施例，即在公扣I和母扣2螺纹连接段的前侧和后侧都设有密封单元，当位于公扣I和母扣2螺纹连接段前侧或后侧的密封单元失效时，则位于公扣I和母扣2螺纹连接段另一侧的密封单元仍是有效的，使得气密封螺纹结构仍然具有较好的气密封效果，从而保证井下工具的气密封效果。
[0043]优选地，在公扣I和母扣2螺纹连接段的前侧和后侧都设有一个密封单元，故密封单元一共为两个，如图3所示，位于公扣I和母扣2螺纹连接段前侧的密封单元为一级密封单元5，位于公扣I和母扣2螺纹连接段后侧的密封单元为二级密封单元6。如图1至图3所示，所述一级密封单元5包括设在公扣I外周面上的一级外密封锥面12、以及设在母扣2内周面上的一级内密封锥面22，所述一级外密封锥面12与一级内密封锥面22过盈配合;所述二级密封单元6包括设在公扣I外周面上的二级外密封锥面13、以及设在母扣2内周面上的二级内密封锥面23，所述二级外密封锥面13与二级内密封锥面23过盈配合;所述一级外密封锥面12和二级外密封锥面13构成所述外密封面，所述一级内密封锥面22和二级内密封锥面23构成所述内密封面。因此，公扣I上的外螺纹11和母扣2上的内螺纹21仅仅起到连接和承受轴向载荷的作用，而位于公扣I和母扣2螺纹连接段的前后两侧处的密封单元起到双级密封的作用，以提高公扣I和母扣2螺纹连接结构的气密封效果。同时，一级外密封锥面12与一级内密封锥面22、二级外密封锥面13与二级内密封锥面23之间接触面积大，在气密封螺纹结构承受轴向载荷时，一级外密封锥面12与一级内密封锥面22、二级外密封锥面13与二级内密封锥面23都能有效地压紧、压实，故在一级密封单元5和二级密封单元6处均具有非常好的密封性能。
[0044]另外，本实