一种高性能油套管特殊螺纹连接接头的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种高性能油套管特殊螺纹连接接头。所述接箍和管体螺纹连接段加工有改进的API偏梯形螺纹，此两内外螺纹紧密连接；所述接箍偏梯形内螺纹尾端设置有凸型和不完整“V”型结构，同样管体偏梯形外螺纹尾端设置有凹型和完整“V”型结构，不完整V”型与完整“V”型形成辅助密封和辅助台肩；所述接箍不完整“V”型结构尾端设置的球面密封面和锥面密封面与管体完整“V”型结构尾端设置的锥面密封面和球面密封面过盈配合形成主密封结构；所述接箍密封面尾部设置的凹槽型内台肩与管体密封面尾端设置的凸起型外台肩相互接触构成主台肩。本发明密封性能优良，能承受大弯曲、高扭矩以及大的轴向拉伸和压缩变形，且安全可靠性高。
【专利说明】
一种高性能油套管特殊螺纹连接接头
技术领域
[0001]本发明涉及油气田开发行业特殊螺纹技术领域，特别是涉及一种高性能油套管特殊螺纹连接接头。
【背景技术】
[0002]API螺纹早在20世纪40年代就已经在美国各大油田上使用了。由于API螺纹技术成熟，易于加工和修复，并且成本较低。目前，API螺纹已广泛应用于世界各大油田，并且世界上大部分产油国均能生产规范的API螺纹油套管。但随着国内外油气田开发逐渐向深部地层、深海、高含酸性气体气藏的发展，深井、超深井、高温高压井、高含硫油气井越来越多，油套管的服役环境越来越恶劣，API螺纹暴露出诸多问题，主要表现在密封性能差(主要指API偏梯形螺纹)和连接强度低(主要指API圆螺纹，连接强度仅为管体的60%-80%)以及扭矩台肩的设计(主要指抗扭矩性能差以及抗拉伸和抗压缩能力弱)。据统计，自二十世纪七十年代以来，油套管损坏十分严重，而且损坏比例现在还在不断上升。然而在井下几千米的油套管柱中，最薄弱的环节又是螺纹连接处。经调查，油套管柱失效事故约六成发生在螺纹连接处。
[0003]因此，传统的API螺纹已不能满足现在开发油田的使用要求，特殊螺纹开始被研究和应用。而油套管的接头在油套管柱中又十分重要，可以说油套管接头的寿命决定了一口油田的使用寿命。为了延长油气井的使用寿命和提高采油、采气效率，减少事故的发生，需要研究出一种密封性能好、连接强度高、扭矩台肩性能优良以及抗拉伸和抗压缩能力强的特殊螺纹。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种高性能油套管特殊螺纹连接接头，该接头密封性能好、连接强度高、扭矩台肩性能优良以及抗拉伸和抗压缩能力强。
[0005]本发明所采用的技术方案是:一种高性能油套管特殊螺纹连接接头，包括通过螺纹连接的接箍和管体。所述接箍的螺纹连接段加工有改进的API偏梯形内螺纹，同样管体的螺纹连接段加工有改进的API偏梯形外螺纹，此两内外螺纹紧密连接;所述接箍偏梯形内螺纹尾端设置凸型和不完整“V”型结构，同样管体偏梯形外螺纹尾端设置有凹型和完整“V”型结构，不完整V”型与“完整V”型形成辅助密封和辅助台肩;所述接箍不完整“V”型结构尾端设置有球面密封面和锥面密封面，同样管体完整“V”型结构尾端设置有锥面密封面和球面密封面，不完整“V”型结构尾端的球面密封面和锥面密封面与完整“V”型结构尾端的锥面密封面和球面密封面过盈配合形成主密封结构;所述接箍密封面尾部设置有凹槽型内台肩，同样管体密封面尾端设置有凸起型外台肩，此两内外台肩相互接触构成扭矩主台肩。
[0006]所述改进的偏梯形螺纹导向面角度为10°，所述改进偏梯形螺纹承载面角度为-3。。
[0007]所述凸型和不完整“V”型结构以及相对应的凹型和完整倒“V”型结构的锥度与所述改进的偏梯形螺纹锥度一致。
[0008]所述凸型结构和凹型结构的形状与改进的偏梯形螺纹一致，避免了在改进的偏梯形螺纹的引导旋合时发生干涉现象。凸型结构的宽度和凹型结构的宽度比改进的偏梯形螺纹的中径宽0.2?0.4mm，凸型结构的高度和凹型结构的高度为1.58?1.64mm，不完整“V”型结构的宽度和完整“V”型结构的宽度比改进的偏梯形螺纹的中径窄0.6?0.8mm，不完整“V”型结构的高度为1.2?1.4mm和完整“V”型结构的高度为1.0?1.2mm。
[0009]所述不完整“V”型结构和完整“V”型结构的末端都设置有过渡圆弧。
[0010]所述接箍和管体接触密封时，其球面-锥面和锥面-球面构成主密封结构，所述主密封结构为过盈配合密封。
[0011]所述主密封结构中球面两端都设置有过渡圆弧。
[0012]所述接箍内台肩和管体外台肩彼此相互接触构成主台肩。
[0013]所述接箍内台肩起点与接箍末端通过过渡圆弧连接，内台肩面3a为斜台肩，内台肩面3b为直角台肩，内台肩面3a与内台肩面3b的夹角为α，内台肩面3c为逆向台肩，内台肩面3b与内台肩面3c的夹角为δ。
[0014]所述管体外台肩起点与管体末端通过过渡圆弧连接，外台肩面IIa斜台肩，外台肩面Ilb为直角台肩，外台肩面Ila和外台肩面Ilb通过过渡圆弧连接，外台肩面Ila和外台肩面Ilb夹角为α，外台肩面Ilc为逆向台肩，外台肩面Ilb和外台肩面Ilc通过过渡圆弧连接，外台肩面I Ib和外台肩面I Ic的夹角为δ。
[0015]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0016]本发明通过设计不完整“V”型结构和完整“V”型结构的接触方式，不仅使螺纹连接的密封性能得到提高，而且具有台肩的功能，在大弯曲和高扭矩的作用下，承担一部分的力和力矩。本发明通过球面-锥面密封和锥面-球面密封结构，并且锥面的锥度为1:10以及球面两端锥面的锥度为1:8的设计，使其在工作时的密封性能更加优良，其接触应力也显著增加。
[0017]本发明设计凹凸型内外不对称台肩，使其在工作时，台肩始终都有面相互紧密接触，减少了因余有缝隙发生腐蚀的可能。综合考虑下，所述螺纹接头密封性能优良，能承受大弯曲、高扭矩以及大的轴向拉伸和压缩变形，提高了采油的安全可靠性。
【附图说明】
[0018]图1为本发明所提供的一种高性能油套管特殊螺纹连接接头结构示意图。
[0019]图2为接箍本体的结构示意图。
[0020]图3为图2中的A部分的放大示意图。
[0021]图4为图2中的B部分的放大示意图。
[0022]图5为管体本体的结构示意图。
[0023]图6为图5中C部分的放大不意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
[0025]如图1、图2、图5所示，本发明所提供的一种高性能油套管特殊螺纹连接接头，包括通过螺纹连接的接箍I和管体2，接箍I的螺纹连接段加工有改进的API偏梯形内螺纹7a，管体的螺纹连接段加工有改进的API偏梯形外螺纹7b，此两内外螺纹紧密连接;接箍I偏梯形内螺纹7a尾端设置凸型和不完整的“V”型结构6，管体偏梯形外螺纹7b尾端设置有凹型和完整的“V”型结构8，不完整“V”型与完整“V”型形成辅助密封和辅助台肩;结构6中的不完整的“V”型结构尾端设置有球面密封面5和锥面密封面4，结构8中的完整“V”型结构尾端设置有锥面密封面9和球面密封面10，结构6中的不完整“V”型结构尾端的球面密封面5和锥面密面4与结构8中的完整“V”型结构尾端的锥面密封面9和球面密封面10过盈配合形成主密封结构;接箍I的密封面4尾部设置有内台肩3，管体2的密封面10尾端设置有外台肩11，此两内外台肩相互接触构成扭矩主台肩。
[0026]如图3所示，改进的偏梯形螺纹导向面角度为r=10°，改进的偏梯形螺纹承载面角度为β = _3°，其他的参数与API偏梯形螺纹参数相同。
[0027]如图4、图6所示，接箍凸型和不完整“V”型结构6以及相对应的管体凹型和完整“V”型结构8的锥度与所述改进的偏梯形螺纹锥度一致。
[0028]凸型结构和凹型结构的形状与改进的偏梯形螺纹一致，避免了在改进的偏梯形螺纹的引导旋合时发生干涉现象。凸型结构的宽度15和凹型结构的宽度12比改进的偏梯形内螺纹的中径宽0.2?0.4mm，凸型结构的高度31和凹型结构的高度29为1.58?1.64mm;不完整“V”型结构的宽度16和完整“V”型结构的宽度14比改进的偏梯形螺纹的中径窄0.6?0.8mm，不完整“V”型结构的高度28为1.2?1.4mm和完整“V”型结构的高度30为1.0?1.2mm。不完整“V”型结构顶端圆弧17半径为0.3mm，不完整“V”型结构末端过渡圆弧18半径为
0.2mm，完整“V”型结构圆弧13半径为0.5mm，完整“V”型结构末端过渡圆弧22半径为0.2mm。接箍I和管体2接触密封时，其球面5-锥面9和锥面4-球面10构成主密封结构，球面5-锥面9密封结构中球面5半径为4.5mm，球面5两端锥面的锥度为1:10，锥面9锥度为1:8，锥面4-球面10密封结构中锥面4锥度为1:8，球面10半径为4.5mm，球面10两端锥面的锥度为1:10，球面5-锥面9和锥面4-球面10配合时为过盈配合，密封更加紧密。
[0029]接箍I中密封结构球面5两端的过渡圆弧19、20和管体2中密封结构球面10两端的过渡圆弧23、24半径都为0.2mm。
[0030]接箍I尾端内台肩面3a起点与接箍I锥面密封面4末端通过半径为0.4mm的过渡圆弧21连接，内台肩面3a为斜台肩，内台肩面3b为直角台肩，高度为2mm?3mm，内台肩面3a与内台肩面3b的夹角α为120°?140°，内台肩面3c为逆向台肩，内台肩面3b与内台肩面3c的夹角δ为155°?165° ο
[0031]管体2尾端外台肩面Ila起点与管体2球面密封面10末端通过半径为0.4mm的过渡圆弧25连接，外台肩面Ila为斜台肩，外台肩面Ilb为直角台肩，高度为1.5?2.5mm，外台肩面I Ia和外台肩面I Ib通过半径为0.8mm的过渡圆弧26连接，外台肩面I Ia与外台肩面I Ib的夹角α为120°?140°，外台肩面IIc为逆向台肩，外台肩面IIb和外台肩面IIc通过半径为
0.8mm的过渡圆弧27连接，外台肩面Ilb与外台肩面Ilc的夹角δ为155°?165°。
[0032]以上所述仅为本发明的较佳实施列，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.一种高性能油套管特殊螺纹连接接头，包括通过螺纹连接的接箍和管体。所述接箍的螺纹连接段加工有改进的API偏梯形内螺纹，同样管体的螺纹连接段加工有改进的API偏梯形外螺纹，此两内外螺纹紧密连接;所述接箍偏梯形内螺纹尾端设置凸型和不完整“V”型结构，同样管体偏梯形外螺纹尾端设置有凹型和完整“V”型结构，不完整V”型与“完整V”型形成辅助密封和辅助台肩；所述接箍不完整“V”型结构尾端设置有球面密封面和锥面密封面，同样管体完整“V”型结构尾端设置有锥面密封面和球面密封面，不完整“V”型结构尾端的球面密封面和锥面密封面与完整“V”型结构尾端的锥面密封面和球面密封面过盈配合形成主密封结构;所述接箍密封面尾部设置有凹槽型内台肩，同样管体密封面尾端设置有凸起型外台肩，此两内外台肩相互接触构成主台肩。2.根据权利要求1所述的一种高性能油套管特殊螺纹连接接头，其特征在于:所述改进的偏梯形螺纹导向面角度为10°，所述改进偏梯形螺纹承载面角度为-3°。3.根据权利要求1所述的一种高性能油套管特殊螺纹连接接头，其特征在于:所述凸型和不完整“V”型结构以及相对应的凹型和完整倒“V”型结构的锥度与所述改进的偏梯形螺纹锥度一致。4.根据权利要求1所述的一种高性能油套管特殊螺纹连接接头，其特征在于:所述凸型结构和凹型结构的形状与改进的偏梯形螺纹一致，避免了在改进的偏梯形螺纹的引导旋合时发生干涉现象，凸型结构的宽度和凹型结构的宽度比改进的偏梯形内螺纹的中径宽0.2?0.4mm，凸型结构的高度和凹型结构的高度为1.58?1.64mm，不完整“V”型结构的宽度和完整“V”型结构的宽度比改进的偏梯形螺纹的中径窄0.6?0.8mm，不完整“V”型结构的高度为1.2?1.4mm和完整“V”型结构的高度为1.0?1.2mm。5.根据权利要求1所述的一种高性能油套管特殊螺纹连接接头，其特征在于:所述不完整“V”型结构和完整“V”型结构末端都设置有过渡圆弧。6.根据权利要求1所述的一种高性能油套管特殊螺纹连接接头，其特征在于:所述接箍和管体接触密封时，其球面-锥面和锥面-球面构成主密封结构，所述主密封结构为过盈配合密封。7.根据权利要求6所述的一种高性能油套管特殊螺纹连接接头，其特征在于:所述主密封结构球面两端都设置有过渡圆弧。8.根据权利要求1所述的一种高性能油套管特殊螺纹连接接头，其特征在于:所述接箍内台肩和管体外台肩彼此相接触构成主台肩。9.根据权利要求8所述的一种高性能油套管特殊螺纹连接接头，其特征在于:所述接箍内台肩起点与接箍末端通过过渡圆弧连接，内台肩面3a为斜台肩，内台肩面3b为直角台肩，内台肩面3a与内台肩面3b的夹角为α，内台肩面3c为逆向台肩，内台肩面3b与内台肩面3c的夹角为δ。10.根据权利要求8所述的一种高性能油套管特殊螺纹连接接头，其特征在于:所述管体外台肩起点与管体末端通过过渡圆弧连接，外台肩面11 a为斜台肩，外台肩面I Ib为直角台肩，外台肩面Ila和外台肩面Ilb通过过渡圆弧连接，外台肩面Ila与外台肩面Ilb的夹角为α，外台肩面IIc为逆向台肩，外台肩面IIb和外台肩面Ilc通过过渡圆弧连接，外台肩面Ilb和外台肩面Ilc的夹角为δ。
【文档编号】E21B17/08GK106089119SQ201610390922
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月3日 公开号201610390922.7, CN 106089119 A, CN 106089119A, CN 201610390922, CN-A-106089119, CN106089119 A, CN106089119A, CN201610390922, CN201610390922.7
【发明人】莫丽, 张光才, 杨雨, 王晓兵, 涂练
【申请人】西南石油大学