一种变齿宽楔形管螺纹连接结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种变齿宽楔形管螺纹连接结构，包括管体外螺纹段和管体内螺纹段，所述管体外螺纹段设有外螺纹，管体内螺纹段设有内螺纹，所述内螺纹和外螺纹的齿形均为楔形，内螺纹和外螺纹的螺纹结构为变齿宽锥形管螺纹。在螺纹旋转啮合使用时，随着内外螺纹的逐渐旋紧，内外螺纹的齿顶、齿底、齿侧逐渐接触直至同时产生过盈配合，从而使油套管柱连接处即具有高密封性，又能满足连接强度要求，而且仅从管螺纹自身结构改革来实现上述目的，无需额外增加结构，节约了加工成本。
【专利说明】
一种变齿宽楔形管螺纹连接结构
技术领域
[0001]本实用新型涉及油气钻采管材螺纹连接技术领域，具体涉及一种变齿宽楔形管螺纹连接结构。
【背景技术】
[0002]随着社会经济的发展和科学技术的进步，人们对石油能源的依赖性越来越强。这促使了地下深层油气资源的开发利用，油套管是油气钻采过程中不可或缺的专用管材，其质量好坏直接影响到钻采作业的成败和油气井的寿命。而螺纹接头同油套管柱一起在油气井中长期承受拉伸、压缩、弯曲、内压、外压及温度等产生的复合应力的考验，油套管中最薄弱的部分就是螺纹连接处，螺纹质量的好坏，直接影响油气井的寿命。经调查，国外油套管失效事故约64%发生在螺纹连接处，国内则高达86%。
[0003]在石油工业的发展过程中，随着油井气钻采作业向更大井深、更高压力和温度、更苛刻工况条件的方向发展以及石油钻采工艺技术自身的进步，石油专用管常用的API标准螺纹接头已难以满足油田的开发要求。虽然API圆螺纹有比较优良的密封性能，但其螺纹部分的连接强度却只相当于管体部分的60%?80%，而API偏梯形螺纹尽管螺纹部分连接强度较高，但密封性能不理想。所以，世界各大石油专用管制造厂都致力于开发连接强度和密封性能更优越的特殊螺纹油井管。
[0004]目前市场上特殊扣石油套管的主流螺纹联接结构包括抗过扭矩台肩、螺纹和密封结构。密封结构又主要有锥面/锥面、锥面/球面、柱面/球面等密封形式。但采用锥面/球面密封形式或柱面/球面密封形式，其泄漏路径相对较短;采用锥面/锥面密封形式，对密封面的锥度加工精度要求过高。无论哪种密封结构，都属于额外增加结构来实现密封性、机械强度等效果，结构的复杂必然会增加加工难度和成本，同时因其加工精度要求过高，我国大多数企业的机床加工精度及加工能力无法满足，不利于产品的推广和发展；另外额外增加结构使得产品质量风险因素也随之增加，也会降低产品综合安全系数。
[0005]目前，油井管行业中的油套管螺纹连接结构形式基本都是依照APISPEC 5B《套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验规范》标准来进行改进和创新，总体连接质量比较API标准要求的螺纹连接质量逐步有很大的提高，但还是不能够满足油田开采使用要求。例如美国最近页岩气革命，页岩气开采通常采用大斜井、大位移井、水平井、定向井等方式，井下的工况极其复杂，特别对油套管螺纹的抗弯曲、抗压缩及高密封性等要求很高，一般的特殊螺纹油套管已经无法满足其要求。
【实用新型内容】
[0006]针对上述现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种变齿宽楔形管螺纹连接结构，本实用新型能够有效增加螺纹接头连接的高密封性能、抗弯曲能力、抗压缩载荷能力，且其结构简单，易于加工，降低了加工成本。
[0007]本实用新型主要通过以下技术方案来实现上述实用新型创造的目的。
[0008]—种变齿宽楔形管螺纹连接结构，包括管体外螺纹段和管体内螺纹段，所述管体外螺纹段设有外螺纹，管体内螺纹段设有内螺纹，所述内螺纹和外螺纹的齿形均为楔形，内螺纹和外螺纹的螺纹结构为变齿宽锥形管螺纹。
[0009]进一步的，所述外螺纹包括外螺纹齿顶、外螺纹齿底、外螺纹导向齿侧和外螺纹承载齿侧，所述外螺纹导向齿侧和外螺纹承载齿侧分别位于外螺纹齿底两侧，外螺纹齿底远离外螺纹起始端的一侧连接外螺纹导向齿侧，外螺纹齿底靠近外螺纹起始端的一侧连接外螺纹承载齿侧，所述外螺纹导向齿侧和外螺纹承载齿侧均与外螺纹齿底之间成83°?87°夹角，且外螺纹导向齿侧与外螺纹齿底之间的夹角等于外螺纹承载齿侧与外螺纹齿底之间的夹角；
[0010]所述内螺纹包括内螺纹齿顶、内螺纹齿底、内螺纹导向齿侧和内螺纹承载齿侧，所述内螺纹导向齿侧和内螺纹承载齿侧分别位于内螺纹齿顶左右两侧，内螺纹齿顶靠近内螺纹起始端的一侧连接内螺纹导向齿侧，内螺纹齿顶远离内螺纹起始端的一侧连接内螺纹承载齿侧。所述内螺纹导向齿侧和内螺纹承载齿侧均与内螺纹齿顶之间成83°?87°夹角，内螺纹导向齿侧与内螺纹齿顶之间的夹角等于内螺纹承载齿侧与内螺纹齿顶之间的夹角，且等于外螺纹导向齿侧或外螺纹承载齿侧与外螺纹齿底之间的夹角。
[0011 ]进一步的，所述外螺纹承载齿侧齿深小于外螺纹导向齿侧齿深，所述内螺纹承载齿侧齿深小于内螺纹导向齿侧齿深。
[0012]进一步的，所述外螺纹齿顶和外螺纹齿底平行于管体外螺纹段的轴线，所述内螺纹齿顶和内螺纹齿底平行于管体内螺纹段的轴线。
[0013]进一步的，所述外螺纹和内螺纹的螺距P相等，且螺距P = 5.2mm?7.2mm。
[0014]进一步的，所述管体外螺纹段自外螺纹起始端至终止端，管体外螺纹段的齿宽等差数列递增，管体外螺纹段的齿槽宽以等差数列递减，相邻两个齿宽之差与相邻两个齿槽宽之差相等。
[0015]进一步的，所述管体内螺纹段自内螺纹起始端至终止端，管体内螺纹段的齿宽以等差数列递增，管体内螺纹段的齿槽宽以等差数列递减，相邻两个齿宽之差与相邻两个齿槽宽之差相等。
[0016]进一步的，管体内螺纹段的齿宽公差与管体外螺纹段的齿宽公差相等。
[0017]进一步的，螺纹机紧配合后，所述管体外螺纹段的第一齿与管体内螺纹段相配合的齿槽之间过盈配合，管体内螺纹段的第一齿与管体外螺纹段相配合的齿槽之间过盈配入口 ο
[0018]进一步的，所述外螺纹和内螺纹的锥度相同，且锥度为1:24?1:12。
[0019]与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果:
[0020]本实用新型中螺纹结构为变齿宽锥形管螺纹，内螺纹和外螺纹的齿形为楔形，楔形螺纹齿与齿槽配合，具有较高的密封性能，变齿宽锥形结构，增强了本实用新型的抗弯曲、抗压缩能力，同时变齿宽和楔形螺纹不易滑丝，从而有效降低螺纹连接处的质量风险，提高整个油套管柱的综合质量安全系数。
[0021]进一步的，本实用新型使用中，在预紧力的作用下，内螺纹齿顶、内螺纹齿底、内螺纹承载齿侧、内螺纹导向齿侧，分别与外螺纹齿底、外螺纹齿顶、外螺纹承载齿侧、外螺纹导向齿侧同时接触并保持接触面过盈配合，封闭了所有的泄漏通道，进一步增强了本实用新型的密封性能。
[0022]进一步的，本实用新型使用中，采用了楔形双倒钩牙侧角状，两边的牙侧角采用承载面角度等于导向面角度，起到不同扭矩机紧状态下螺纹两边牙侧与牙侧都会接触一致，且其每个齿形牙侧在不同受力状态下均呈均匀分布，同时因在机紧力的作用下，内外螺纹齿顶、齿底、齿侧同时产生过盈配合，使得内外螺纹的齿形形成了楔形锥面与楔形锥面的楔形螺纹配合结构，与API偏梯形螺纹的螺纹结构有显著的不同，能够显著提高内外螺纹接头配合后的连接强度、及抗弯曲、抗压缩性能。
[0023]进一步的，本实用新型中内螺纹和外螺纹靠近端面开始旋合时的齿形宽度均小于齿槽宽度，对扣简单方便，杜绝了错扣现象，有效提高产品质量和工作效率。
[0024]进一步的，本实用新型特别适应于大斜度井、大位移井、水平井、定向井等复杂井况下的工作环境。
【附图说明】
[0025]图1所不为本实用新型的结构不意图；
[0026]图2所示为本实用新型外螺纹段结构示意图；
[0027]图3所示为本实用新型内螺纹段结构示意图；
[0028]图4所示为本实用新型内螺纹、外螺纹牙形结构放大示意图；
[0029]图5所示为本实用新型内螺纹、外螺纹牙形高度放大示意图。
[0030]图中的附图标记及各部件名称如下:
[0031 ] 1-管体外螺纹段，2-管体内螺纹段，3-外螺纹，4-内螺纹，5-内螺纹导向齿侧，6_内螺纹齿顶，7-内螺纹承载齿侧，8-内螺纹齿底，9-外螺纹导向齿侧，10-外螺纹齿底，11-外螺纹承载齿侧，12-外螺纹齿顶，P-内外螺纹螺距，XWl-外螺纹第一齿齿宽，XW2-外螺纹第二齿齿宽，XW3-外螺纹第三齿齿宽，XNl-内螺纹第一齿齿宽，XN2-内螺纹第二齿齿宽，XN3-内螺纹第三齿齿宽，L1-外螺纹导向齿侧齿深，L2-外螺纹承载齿侧齿深，L3-内螺纹导向齿侧齿深，L4-内螺纹承载齿侧齿深，CN-与外螺纹第一齿齿宽相配合的内螺纹齿槽宽，CW-与内螺纹第一齿齿宽相配合的外螺纹齿槽宽。
【具体实施方式】
[0032]为更好的实施本实用新型，以下结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0033]如图1所示，一种变齿宽楔形管螺纹连接结构，包括管体外螺纹段I和管体内螺纹段2，管体外螺纹段I设有外螺纹3，管体内螺纹段2设有内螺纹4，内螺纹4和外螺纹3的齿形均为楔形，内螺纹4和外螺纹3的螺纹结构为变齿宽锥形管螺纹。
[0034]如图2和图4所示，外螺纹3包括外螺纹齿顶12、外螺纹齿底10、外螺纹导向齿侧9和外螺纹承载齿侧U，外螺纹导向齿侧9和外螺纹承载齿侧11分别位于外螺纹齿底10左右两侦U，外螺纹导向齿侧9和外螺纹承载齿侧11均与外螺纹齿底10之间成83°?87°夹角，且外螺纹导向齿侧9与外螺纹齿底10之间的夹角等于外螺纹承载齿侧11与外螺纹齿底10之间的夹角，外螺纹齿顶12和外螺纹齿底10平行于管体外螺纹段I的轴线。外螺纹齿底10与外螺纹导向齿侧9、外螺纹导向齿侧9与外螺纹齿顶12、外螺纹齿顶12与外螺纹承载齿侧11、外螺纹承载齿侧11与外螺纹齿底10之间均圆弧过渡。如图5所示，外螺纹承载齿侧齿深L2小于外螺纹导向齿侧齿深LI。
[0035]如图3和图4所示，内螺纹4包括内螺纹齿顶6、内螺纹齿底8、内螺纹导向齿侧5和内螺纹承载齿侧7，所述内螺纹导向齿侧5和内螺纹承载齿侧7分别位于内螺纹齿顶6左右两侧，所述内螺纹导向齿侧5和内螺纹承载齿侧7均与内螺纹齿顶6之间成83°?87°夹角，内螺纹导向齿侧5与内螺纹齿顶6之间的夹角等于内螺纹承载齿侧7与内螺纹齿顶6之间的夹角，且等于外螺纹导向齿侧9或外螺纹承载齿侧11与外螺纹齿底10之间的夹角。内螺纹齿顶6和内螺纹齿底8平行于管体内螺纹段2的轴线。内螺纹齿顶6与内螺纹导向齿侧5、内螺纹导向齿侧5与内螺纹齿底8、内螺纹齿底8与内螺纹承载齿侧7、内螺纹承载齿侧7与内螺纹齿顶6之间均圆弧过渡。如图5所示，内螺纹承载齿侧齿深L4小于内螺纹导向齿侧齿深L3。
[0036]如图1、图2所示，管体外螺纹段I自外螺纹3起始端至终止端，管体外螺纹段I的齿宽以等差数列递增，即第二齿齿宽XW2—第一齿齿宽XWl =第三齿齿宽XW3—第二齿齿宽XW2，依此类推至最后齿，管体外螺纹段I的齿槽宽以等差数列递减，且相邻两个齿宽之差与相邻两个齿槽宽之差相等。
[0037]如图1、图3所示，管体内螺纹段2自内螺纹4起始端至终止端，内螺纹段2的齿宽以等差数列递增，即第二齿齿宽XN2—第一齿齿宽XNl =第三齿齿宽XW3—第二齿齿宽XW2，依此类推至最后齿，管体内螺纹段I的齿槽宽以等差数列递减，且相邻两个齿宽之差与相邻两个齿槽宽之差相等，管体内螺纹段2的齿宽公差与管体外螺纹段I的齿宽公差相等。
[0038]此外，外螺纹3和内螺纹4的锥度相同，且锥度为1: 24?1:12。外螺纹3和内螺纹4的螺距P相等，且螺距P = 5.2mm?7.2mm。管体外螺纹段I的第一齿齿宽XWl大于管体内螺纹段2的相配合的齿槽宽CN，管体内螺纹段2的第一齿齿宽XNl大于管体外螺纹段I的相配合的齿槽宽CW，在螺纹机紧配合后，使管体外螺纹段I的第一齿与管体内螺纹段2的相配合的齿槽之间形成过盈配合，管体内螺纹段2的第一齿与管体外螺纹段I的相配合的齿槽之间形成过盈配合。
[0039]本实用新型在预紧力的作用下，内螺纹齿顶6、内螺纹齿底8、内螺纹承载齿侧7、内螺纹导向齿侧5，分别与外螺纹齿底1、外螺纹齿顶12、外螺纹承载齿侧11、外螺纹导向齿侧9同时接触并保持接触面过盈配合，从而使油套管柱连接处既具有高密封性，又能满足连接强度要求。本实用新型中内螺纹4和外螺纹3靠近端面开始旋合时的齿形宽度均小于齿槽宽度，对扣简单方便，杜绝了错扣现象，有效提高产品质量和工作效率。
[0040]综上，本实用新型提供的一种变齿宽楔形管螺纹连接结构，本实用新型能够有效增加螺纹接头连接的高密封性能、抗弯曲能力、抗压缩载荷能力，且其结构简单，易于加工，降低了加工成本。
【主权项】
1.一种变齿宽楔形管螺纹连接结构，其特征在于:包括管体外螺纹段(I)和管体内螺纹段(2)，所述管体外螺纹段(I)设有外螺纹(3)，管体内螺纹段(2)设有内螺纹(4)，所述内螺纹(4)和外螺纹(3)的齿形均为楔形，内螺纹(4)和外螺纹(3)的螺纹结构为变齿宽锥形管螺纹。2.根据权利要求1所述的一种变齿宽楔形管螺纹连接结构，其特征在于:所述外螺纹(3)包括外螺纹齿顶(12)、外螺纹齿底(10)、外螺纹导向齿侧(9)和外螺纹承载齿侧(11)，所述外螺纹导向齿侧(9)和外螺纹承载齿侧(11)分别位于外螺纹齿底(10)两侧，外螺纹齿底(10)远离外螺纹(3)起始端的一侧连接外螺纹导向齿侧(9)，外螺纹齿底(10)靠近外螺纹(3)起始端的一侧连接外螺纹承载齿侧(11)，所述外螺纹导向齿侧(9)和外螺纹承载齿侧(11)均与外螺纹齿底(10)之间成83°?87°夹角，且外螺纹导向齿侧(9)与外螺纹齿底(10)之间的夹角等于外螺纹承载齿侧(11)与外螺纹齿底(10)之间的夹角； 所述内螺纹(4)包括内螺纹齿顶(6)、内螺纹齿底(8)、内螺纹导向齿侧(5)和内螺纹承载齿侧(7)，所述内螺纹导向齿侧(5)和内螺纹承载齿侧(7)分别位于内螺纹齿顶(6)左右两侧，内螺纹齿顶(6)靠近内螺纹(4)起始端的一侧连接内螺纹导向齿侧(5)，内螺纹齿顶(6)远离内螺纹(4)起始端的一侧连接内螺纹承载齿侧(7)，所述内螺纹导向齿侧(5)和内螺纹承载齿侧(7)均与内螺纹齿顶(6)之间成83°?87°夹角，内螺纹导向齿侧(5)与内螺纹齿顶(6)之间的夹角等于内螺纹承载齿侧(7)与内螺纹齿顶(6)之间的夹角，且等于外螺纹导向齿侧(9)或外螺纹承载齿侧(11)与外螺纹齿底(10)之间的夹角。3.根据权利要求2所述的变齿宽楔形管螺纹连接结构，其特征在于:所述外螺纹承载齿侧齿深(L2)小于外螺纹导向齿侧齿深(LI)，所述内螺纹承载齿侧齿深(L4)小于内螺纹导向齿侧齿深(L3)。4.根据权利要求2所述的变齿宽楔形管螺纹连接结构，其特征在于:所述外螺纹齿顶(12)和外螺纹齿底(10)平行于管体外螺纹段(I)的轴线，所述内螺纹齿顶(6)和内螺纹齿底(8)平行于管体内螺纹段(2)的轴线。5.根据权利要求1所述的变齿宽楔形管螺纹连接结构，其特征在于:所述外螺纹(3)和内螺纹(4)的螺距(P)相等，且螺距(P) = 5.2mm?7.2mm。6.根据权利要求1所述的变齿宽楔形管螺纹连接结构，其特征在于:所述管体外螺纹段(1)自外螺纹(3)起始端至终止端，管体外螺纹段(I)的齿宽(XWl、XW2、XW3)以等差数列递增，管体外螺纹段(I)的齿槽宽以等差数列递减，相邻两个齿宽之差与相邻两个齿槽宽之差相等。7.根据权利要求6所述的变齿宽楔形管螺纹连接结构，其特征在于:所述管体内螺纹段(2)自内螺纹(4)起始端至终止端，管体内螺纹段(2)的齿宽(XNl、XN2、XN3)以等差数列递增，管体内螺纹段(2)的齿槽宽以等差数列递减，相邻两个齿宽之差与相邻两个齿槽宽之差相等。8.根据权利要求7所述的变齿宽楔形管螺纹连接结构，其特征在于:管体内螺纹段(2)的齿宽公差与管体外螺纹段(I)的齿宽公差相等。9.根据权利要求1?4任一项所述的变齿宽楔形管螺纹连接结构，其特征在于:螺纹机紧配合后，所述管体外螺纹段(I)的第一齿与管体内螺纹段(2)相配合的齿槽之间过盈配合，管体内螺纹段(2)的第一齿与管体外螺纹段(I)相配合的齿槽之间过盈配合。10.根据权利要求1?8任一项所述的变齿宽楔形管螺纹连接结构，其特征在于:所述外螺纹(3)和内螺纹(4)的锥度相同，且锥度为1:24?1: 12。
【文档编号】E21B17/042GK205558826SQ201620269255
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】周煜蒙, 周立荣, 武磊
【申请人】西安钧力石油装备制造有限公司