专利名称：油井管螺纹接头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种油井管螺纹接头，具体地说，涉及油井管弧形锥度螺纹接头。
背景技术：
在石油天然气开采中广泛使用API(美国石油学会)标准油、套管螺纹产品，其螺纹的形式都是锥螺纹，螺纹的锥度按确定的比值变化。比如圆螺纹油、套管在直径方向的锥度为0.0625in/in。根据API标准规定，油、套管产品使用性能必须满足其中之一的上扣完整性要求(还有结构完整性和密封完整性)，考虑到油田的实际操作情况，规定了油、套管的重复上卸扣次数。也就是要求在规定上卸扣次数内，油、套管螺纹不能发生粘扣失效。
由于锥螺纹本身固有的结构特点，由变形协调原理理论分析和有限元数值模拟分析可知，在螺纹啮合部位两端接触应力较大。试验室的全尺寸实物试验研究和油田的现场使用都证明，油、套管螺纹粘扣失效首先发生在螺纹两端。由于螺纹粘扣失效，大大降低了油、套管螺纹产品的上、卸扣使用性能，而对于API标准油、套管螺纹产品，由于其结构所决定，两端产生大的接触应力是必然的结果，这就是API油、套管螺纹产品固有的弊病。
专利97115288.8针对API油、套管螺纹产品在螺纹啮合部位两端接触应力较大，容易产生粘着，破坏油、套管螺纹产品的上、卸扣完整性，提出了一种改进的油、套管螺纹接头产品。其具体做法是把API管体和接箍螺纹锥度分成3段，在管体和接箍螺纹始端一定长度上，使其锥度大于API螺纹锥度；在管体和接箍螺纹末端一定长度上，使其锥度小于API螺纹锥度；在管体和接箍螺纹中间一定长度上，使其锥度等于API螺纹锥度。在不同锥度的交接点，螺纹的中径值相等。该专利通过改变API螺纹始端和末端的锥度，使螺纹两端的接触压力降低，达到了防止螺纹齿面粘扣的目的。该技术由于采用3段锥度，在该变锥度时，由于是突变，在结构上会形成一个拐点，从力学上分析，拐点将产生应力集中，对接头受力有影响。
发明内容
本实用新型的目的在于，提供一种油井管螺纹接头，以解决API油、套管螺纹产品两端产生大接触应力的技术问题。
本实用新型的构思原则是1)油井管螺纹接头的结构不变；2)油井管螺纹参数的检验标准不变；3)降低螺纹啮合部位两端接触应力；4)最大限度地减小螺纹参数的突变，采用螺纹锥度均匀变化，保证螺纹接头的力学性能。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下一种油井管螺纹接头，包括管体部分和管接箍部分，所述管体部分和管接箍部分为螺纹状；所述管体部分螺纹或者管接箍部分螺纹的锥度为弧线形。
所述管体部分螺纹和管接箍部分螺纹的锥度为弧线形。
所述螺纹为圆螺纹。
所述螺纹在直径上的锥度为1/16。
所述螺纹锥度公差为-0.0026in/in～0.0052in/in。
所述螺纹为偏梯形螺纹。
所述管接箍锥度公差为-0.0025in/in～0.0045in/in通过如上改进，降低了油、套管螺纹两端的接触压力，使螺纹啮合部位接触压力均匀化，提高油、套管螺纹上扣完整性性能，防止螺纹齿面粘扣失效。
图1为管体公扣简图；图2为接箍母扣简图；图3为圆螺纹油套管管体示意图；图4为圆螺纹油套管接箍示意图；图5为偏梯形螺纹套管管体示意图；图6为偏梯形螺纹套管接箍示意图；图7为接箍、管体锥度为直线时接头的冯·米塞斯(Von.Mises)应力图；图8为接箍、管体锥度为弧线时接头的冯·米塞斯(Von.Mises)应力图。
具体实施方式
下面根据图1至图8，给出本实用新型一个较好实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本实用新型的结构特征和功能、特点。
本实用新型的结构尺寸以管体公扣的L4(API SPEC 5B标准根据规格确定的尺寸)为基本尺寸，把手紧面处中径换算到距管子端部L4/2处进行计算的，见图1。
L4为管端至消失点总长度，取其一半处的中径与螺纹按直线变化的锥度相重合。对于圆螺纹EP＝E1-(L1-L4/2)/16；对于偏梯形螺纹EP＝E7-(L7-L4/2)×0.0625(直径小于等于133/8英寸规格)或EP＝E7-(L7-L4/2)×0.0833(直径大于等于16英寸规格)。其中，E1、E7、L1和L7的意义及取值见API SPEC5B标准。弧的半径R1的取值由A点与B、C点的连线的垂直距离求得，该值的大小必须满足测量公差的要求。如对NU 73.03mm×5.51mm的油管，R1＝6871.24mm。对于接箍母扣，尺寸与管体公扣相对应，见图2。
尺寸计算值为对于圆螺纹，LX＝L4，EC＝E1-(L4/2-M)/16，M为接箍端面至手紧面长度，R2＝R1；对于偏梯形螺纹，LX＝L4+0.6in(直径小于等于133/8英寸规格)，EC＝E7-[LX/2-(g-A×P)]×0.0625或LX＝L4+0.4in(直径大于等于16英寸规格)，EC＝E7-[LX/2-(g-A×P)]×0.0833，g为不完整螺纹长度，A为手紧紧密距牙数，P为螺距，R2＞R1。LL由紧密距公差确定(见API SPEC 5B标准)。LX+LL的长度到接箍中心面的螺纹锥度取API理论规定锥度(该位置没有管体和接箍螺纹配合)。
本实用新型与已有技术(API油、套管螺纹和专利97115288.8油、套管螺纹)的区别是用弧形锥度螺纹代替直线锥度螺纹。
根据本实用新型思想，用有限元分析软件MARC对其实用新型结构进行了仿真模拟计算，选用规格为API油管，N80 NU 73.03mm×5.51mm。计算结果如图7、图8所示。
同时，对本实用新型油、套管螺纹结构，在数控机床上进行了加工，选用规格为API油管，N80 NU 73.03mm×5.51mm。现有数控机床能够达到本实用新型油、套管螺纹结构的设计要求。
本实用新型除接箍和管体锥度都选弧线外，还可以选用接箍锥度为弧线、管体锥度为直线或管体锥度为弧线、接箍锥度为直线的配合型式。
1.API SPEC 5B规范中关于圆螺纹和偏梯形螺纹锥度值及锥度公差范围的要求。
1)对于圆螺纹油套管，图3和图4是管体和接箍示意图。
螺纹在直径上的锥度为1/16，即0.0625in/in。锥度公差为-0.0026in/in～0.0052in/in。α为管体螺纹退刀时，母线与轴线的夹角，其中油管为15度，套管为12度。
2)对于偏梯形螺纹套管，图5和图6是管体和接箍示意图。
对于规格小于等于133/8in的套管，螺纹在直径上的锥度为1/16，即0.0625in/in；对于规格大于等于16in的套管，螺纹在直径上的锥度为0.0833in/in。
接箍锥度公差为-0.0025in/in～0.0045in/in。
管体锥度公差，在完整螺纹上为-0.001 5in/in～0.0035in/in；在不完整螺纹上为-0.0015in/in～0.0045in/in。
2.对于N80 NU 73.03mm×5.51mm API油管，有限元计算结果标注。
图7和图8是接箍、管体锥度为直线时、接箍、管体锥度为弧线时接头的冯·米塞斯(Von.Mises)应力图的对比。
接箍端部1的Von.Mises应力达到了材料的屈服应力。
管体端部2的Von.Mises应力达到了材料的屈服应力。
Von.Mises应力最大部位3，从管体和接箍端部移到管体螺纹中部的内表面，消除了螺纹粘扣失效。
权利要求1.一种油井管螺纹接头，包括管体部分和管接箍部分，所述管体部分和管接箍部分为螺纹状；其特征在于，所述管体部分螺纹或者管接箍部分螺纹的锥度为弧线形。
2.如权利要求1所述的油井管螺纹接头，其特征在于，所述管体部分螺纹和管接箍部分螺纹的锥度为弧线形。
3.如权利要求2所述的油井管螺纹接头，其特征在于，所述螺纹为圆螺纹。
4.如权利要求3所述的油井管螺纹接头，其特征在于，所述螺纹在直径上的锥度为1/16。
5.如权利要求3所述的油井管螺纹接头，其特征在于，所述螺纹锥度公差为-0.0026in/in～0.0052in/in。
6.如权利要求2所述的油井管螺纹接头，其特征在于，所述螺纹为偏梯形螺纹。
7.如权利要求6所述的油井管螺纹接头，其特征在于，所述管接箍锥度公差为-0.0025in/in～0.0045in/in。
专利摘要本实用新型公开了一种油井管螺纹接头，包括管体部分和管接箍部分，所述管体部分和管接箍部分为螺纹状；所述管体部分螺纹或者管接箍部分螺纹的锥度为弧线形；也可以所述管体部分螺纹和管接箍部分螺纹的锥度均为弧线形。通过如上改进，降低了油、套管螺纹两端的接触压力，使螺纹啮合部位接触压力均匀化，提高油、套管螺纹上扣完整性性能，防止螺纹齿面粘扣失效。
文档编号E21B17/00GK2628707SQ0323256
公开日2004年7月28日 申请日期2003年6月27日 优先权日2003年6月27日
发明者刘甫清, 王琍, 刘玉文 申请人:宝山钢铁股份有限公司