专利名称：双台肩双密封面螺纹接头及采用该螺纹接头的无接箍式油井管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种螺纹接头，特别是一种具有双台肩双密封面的螺纹接头及采用该螺纹接头的无接箍式油井管，属于油井管螺纹连接技术领域。
背景技术：
油田在进行井身结构设计时，套管和井眼尺寸的选择一般由内向外依次进行，首 先确定生产套管尺寸，再确定下入生产套管的井眼尺寸，然后确定技术套管尺寸等，依此类 推，直到表层套管的井眼尺寸，最后确定导管尺寸。套管与井眼之间有一定间隙，间隙过大 则不经济，过小会导致下套管困难及注水泥后水泥过早脱水形成水泥桥。一般来说，环空间 隙值一般最小在9. 5 12. 7mm(3/8 l/2in)范围，最好为19mm(3/4in)。由于普通套管 的接箍外径一般比管体大12. 7 38. 1mm，这就导致接箍的环空间隙值远低于管体。为此， 油气田经常选择无接箍式套管，以增大固井间隙，从而保证固井质量。另一方面，在环空间 隙一定的情况下，选用无接箍式套管，可以减少井眼尺、寸，井筒的孔径减小，可降低整个钻 井作业过程中的钻井作业费用。API标准中套管有两种连接形式，即接箍式连接和外加厚 无接箍直连套管，但是，这两种连接形式的联接部分内外径大于管体外径。而且API标准 中的直连套管采用螺纹密封，密封效果差，而且管端需要加厚，加工检验困难。中国专利CN 2743655Y公开了一种名称为“全等径直连套管的螺纹连接结构”的发明专利，这种螺纹连接 结构的问题是1、只有一个扭矩台肩，抗压缩和过扭矩性能差；2、只有一个内密封面，外压 密封效果没有改善；3、螺纹采用API标准偏梯螺纹，抗弯曲性能差。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷和不足，提供一种具有优良气密封性能的双 台肩双密封面的螺纹接头及采用该螺纹接头的无接箍式油井管，该螺纹接头具有较好的抗 压缩、弯曲性能和过扭矩性能，且容易加工检测。应用于对环空间隙有特殊要求，钻井条件 非常苛刻的超深井、高压天然气井、大位移井等情况。本发明的技术方案是一种双台肩双密封面螺纹接头，螺纹接头由内锥形螺纹件 和外锥形螺纹件两部分共同组成。在内锥形螺纹件上依次设置有外台肩、外密封面、内螺 纹、内密封面、内台肩，在外锥形螺纹件上相应地设置有外台肩、外密封面、外螺纹、内密封 面、内台肩。内锥形螺纹件和外锥形螺纹件拧紧后，连接部位内、外径与管体内外径平齐。内 螺纹与外螺纹形成螺纹连接部分C，内锥形螺纹件的外密封面与外锥形螺纹件的外密封面 形成外密封结构B，内锥形螺纹件的内密封面与外锥形螺纹件的内密封面形成内密封结构 D，它们分别发生径向过盈。内锥形螺纹件的外台肩、内台肩分别与外锥形螺纹件的外台肩 与内台肩则形成外扭矩台肩A和内扭矩台肩E，它们发生轴向过盈。为了提高螺纹接头的抗弯性能，该螺纹接头的螺纹形式采用改进的偏梯形螺 纹。内螺纹的高度为h，外螺纹的高度为h2，其中h2 = 1. 106 1. 575mm。= h2+(0 0.2mm)，螺纹高度根据油井管的壁厚选择不同的数值。外螺纹和内螺纹的承载面角为、’
Y=-3 -15°，该角度大幅度减少外螺纹和内螺纹在管径方向所受的外斥作用力，因而 减少内螺纹胀大和外螺纹缩小。外螺纹和内螺纹的导向面角为0，9 =+10° +25°，有 利于上扣对中，减少错扣，提高上扣效率。为了提高螺纹接头的气密封性能，该螺纹接头设计了内、外两个金属/金属密封 结构。内锥形螺纹件的外密封面与外锥形螺纹件的外密封面与轴线的夹角为0 1和32，
= 02 = -20° -30°。内锥形螺纹件的外密封面与外台肩组成一个楔形突起，外锥 形螺纹件的外密封面与外台肩组成楔形凹槽，接头使用时，楔形突起嵌入楔形凹槽，起密封 作用。该密封结构将外台肩和外密封面有机配合起来，密封的可靠性显著增加。内锥形螺 纹件的内密封面锥度和外锥形螺纹件的内密封面锥度均为t =1 5 1 10。为了提高螺纹接头的抗压缩和过扭矩性能，该螺纹接头设计了内、外双台肩结构， 内锥形螺纹件外台肩和外锥形螺纹件外台肩与轴线的夹角为al和a2，al= a2 = 75° 85°，设计此角度的目的是外台肩和偏梯形螺纹产生楔形效应，可提高接头的密封 与抗弯性能。内锥形螺纹件内台肩和外锥形螺纹件内台肩与轴线的夹角均为90°。使用 时，内锥形螺纹件外台肩和外锥形螺纹件外台肩先过盈接触，承担部分上扣扭矩，当上扣扭 矩增大到一定程度时，内锥形螺纹件内台肩和外锥形螺纹件内台肩接触承担过大的扭矩。本发明还提供了一种采用双台肩双密封面螺纹接头结构形式的无接箍式油井管， 双台肩双密封面螺纹接头的内锥形螺纹件和外锥形螺纹件分别直接加工在油井管两端，管 端不需加厚。在内锥形螺纹件上依次设置有外台肩、外密封面、内螺纹、内密封面、内台肩。 在外锥形螺纹件上相应地设置有外台肩、外密封面、外螺纹、内密封面、内台肩。内锥形螺纹 件和外锥形螺纹件拧紧后，连接部位内、外径与油井管的管体内外径平齐，提供了最大的环 空间隙。内螺纹与外螺纹形成螺纹连接部分C，内锥形螺纹件的外密封面与外锥形螺纹件的 外密封面形成外密封结构B，内锥形螺纹件的内密封面与外锥形螺纹件的内密封面形成内 密封结构D，它们分别发生径向过盈。内锥形螺纹件的外台肩、内台肩分别与外锥形螺纹件 的外台肩与内台肩则形成外扭矩台肩A和内扭矩台肩E，它们发生轴向过盈。为了提高螺纹接头的抗弯性能，该螺纹接头的螺纹形式采用改进的偏梯形螺 纹。内螺纹的高度为hi，外螺纹的高度为h2，其中h2 = 1. 106 1. 575mm, = h2+(0 0.2mm)，螺纹高度根据油 管的壁厚选择不同的数值。外螺纹和内螺纹的承载面角为、，
Y=-3 -15°，该角度大幅度减少外螺纹和内螺纹在管径方向所受的外斥作用力，因而 减少内螺纹胀大和外螺纹缩小。外螺纹和内螺纹的导向面角为0，9 =+10° +25°，有 利于上扣对中，减少错扣，提高上扣效率。为了提高螺纹接头的气密封性能，该螺纹接头设计了内、外两个金属/金属密封 结构。内锥形螺纹件的外密封面与外锥形螺纹件的外密封面与轴线的夹角为0 1和32，
= 02 = -20° -30°。内锥形螺纹件的外密封面与外台肩组成一个楔形突起，外锥 形螺纹件的外密封面与外台肩组成楔形凹槽，接头使用时，楔形突起嵌入楔形凹槽，起密封 作用。该密封结构将外台肩和外密封面有机配合起来，密封的可靠性显著增加。内锥形螺 纹件的内密封面锥度和外锥形螺纹件的内密封面锥度均为t =1 5 1 10。为了提高螺纹接头的抗压缩和过扭矩性能，该螺纹接头设计了内、外双台肩结构， 内锥形螺纹件外台肩和外锥形螺纹件外台肩与轴线的夹角为al和a2，al= a2 =75° 85°，设计此角度的目的是外台肩和偏梯形螺纹产生楔形效应，可提高接头的密封 与抗弯性能。内锥形螺纹件内台肩和外锥形螺纹件内台肩与轴线的夹角均为90°。使用 时，内锥形螺纹件外台肩和外锥形螺纹件外台肩先过盈接触，承担部分上扣扭矩，当上扣扭 矩增大到一定程度时，内锥形螺纹件内台肩和外锥形螺纹件内台肩接触承担过大的扭矩。本发明与现有技术相比具有如下特点1、采用承载面角为负角的偏梯形螺纹，保证了螺纹较高的抗弯曲性能。2、计了双密封结构，外锥形螺纹件的楔形凹槽与内锥形螺纹件的楔形突起，组成 外密封结构A和B，外锥形螺纹件的内锥面与内锥形螺纹件的内锥面，组成内密封结构D，它 们相互独立，保证接头在高压力下的气密封性能。3、设计了内B、外A双扭矩台肩结构，保证了螺纹的抗压缩和过扭矩性能。4、偏梯形螺纹C和具有一定角度的外台肩A产生的楔形效应，使该螺纹联接结构 的气密封性能和抗弯性能进一步提高。5、联接部分的内、外径与油井管管体内外径平齐，提供了最大的环空间隙。以下结合附图和具体实施方式
对本发明的详细结构作进一步描述。
附图1为本发明的结构示意图；附图2为外扭矩台肩与螺纹的楔形效应示意图；附图3为内螺纹件剖面示意图；附图4为外螺纹件剖面示意图；附图5为内螺纹件和外螺纹件啮合时的螺纹结构示意图；附图6为采用双台肩双密封面螺纹接头的无接箍式油井管结构示意图。
具体实施例方式一种双台肩双密封面螺纹接头，螺纹接头由内锥形螺纹件1和外锥形螺纹件2两 部分共同组成。在内锥形螺纹件1上依次设置有外台肩1-1、外密封面1-2、内螺纹1-3、内 密封面1-4、内台肩1-5。在外锥形螺纹件2上相应地设置有外台肩2-1、外密封面2-2、外 螺纹2-3、内密封面2-4、内台肩2-5。内锥形螺纹件1和外锥形螺纹件2拧紧后，连接部位 内、外径与管体内外径平齐。内螺纹1-3与外螺纹2-3形成螺纹连接部分C，内锥形螺纹件 1的外密封面1-2与外锥形螺纹件2的外密封面2-2形成外密封结构B，内锥形螺纹件1的 内密封面1-4与外锥形螺纹件2的内密封面2-4形成内密封结构D，它们分别发生径向过 盈，内锥形螺纹件1的外台肩1-1、内台肩1-5分别与外锥形螺纹件2的外台肩2-1与内台 肩2-5则形成外扭矩台肩A和内扭矩台肩E，它们发生轴向过盈。为了提高螺纹接头的抗弯性能，该螺纹接头的螺纹形式采用改进的偏梯形螺纹。 内螺纹1-3的高度为、，外螺纹2-3的高度为h2，其中h2 = 1. 106 1. 575mm，、= h2+(0 0. 2mm)，螺纹高度根据油井管的壁厚选择不同的数值。外螺纹2-3和内螺纹1_3的承载面角 为Y，Y =-3 -15°，该角度大幅度减少外螺纹和内螺纹在管径方向所受的外斥作用力， 因而减少内螺纹胀大和外螺纹缩小。外螺纹和内螺纹导向面角为9，9 =+10° +25°， 有利于上扣对中，减少错扣，提高上扣效率。
为了提高螺纹接头的气密封性能，该螺纹接头设计了内、外两个金属/金属密封 结构。内锥形螺纹件的外密封面1-2与外锥形螺纹件的外密封面2-2与轴线的夹角为3 1 禾口 3 2，0 1 = 0 2 = -20° -30°。内锥形螺纹件的外密封面1-2与外台肩1-1组成一 个楔形突起，外锥形螺纹件的外密封面1-2与外台肩1-1组成楔形凹槽，接头使用时，楔形 突起嵌入楔形凹槽，起密封作用。该密封结构将外台肩和外密封面有机配合起来，密封的可 靠性显著增加。内锥形螺纹件的内密封面1-4锥度和外锥形螺纹件的内密封面2-4锥度均 为 t = 1 5 1 10。为了提高螺纹接头的抗压缩和过扭矩性能，该螺纹接头设计了内、外双台肩结构， 内锥形螺纹件外台肩1-1和外锥形螺纹件外台肩2-1与轴线的夹角为a 1和a 2，a 1 = a2 = 75° 85°，设计此角度的目的是外台肩和偏梯形螺纹产生楔形效应，可提高接头 的密封与抗弯性能。内锥形螺纹件内台肩1-5和外锥形螺纹件内台肩2-5与轴线的夹角均 为90°。使用时，内锥形螺纹件外台肩1-1和外锥形螺纹件外台肩2-1先过盈接触，承担部 分上扣扭矩，当上扣扭矩增大到一定程度时，内锥形螺纹件内台肩1-5和外锥形螺纹件内 台肩2-5接触承担过大的扭矩。本发明的具体实施例是用于193. 68X12. 7mm的套管，套管的钢级为P110，套管的 几何尺寸包括外径、壁厚等均采用API标准规定值，套管的材料特性满足API标准对P110 钢级套管材料的要求。在套管的两端分别加工内、外螺纹件，内锥形螺纹件1和外锥形螺纹 件2的外径D均为193. 68mm,内径d均为168. 28mm。其外螺纹2_3的齿高h2为1. 02mm, 内螺纹1-3的齿高、为1.22mm，导向面角e为10°，承载面角Y为-3°，锥度1 16， 螺距6TPI。内锥形螺纹件外台肩1-1和外锥形螺纹件外台肩2-1与轴线的夹角a 1和a 2 均为75°，内锥形螺纹件内台肩1-5和外锥形螺纹件内台肩2-5与轴线的夹角均为90°， 内锥形螺纹件外密封锥面1-2与外锥形螺纹件的外密封锥面2-2与轴线夹角0 1和0 2均 为-30°，内锥形螺纹件的内密封面1-4锥度和外锥形螺纹件的内密封2-4面锥度t均为 1 5。外螺纹2-3不进行表面处理，内螺纹1-3磷化，螺纹脂采用API螺纹脂。
权利要求
一种双台肩双密封面螺纹接头，其特征是螺纹接头由内锥形螺纹件和外锥形螺纹件两部分共同组成，在内锥形螺纹件上依次设置有外台肩、外密封面、内螺纹、内密封面、内台肩，在外锥形螺纹件上相应地设置有外台肩、外密封面、外螺纹、内密封面、内台肩，内锥形螺纹件和外锥形螺纹件拧紧后，连接部位内、外径与管体内外径平齐；内螺纹与外螺纹形成螺纹连接部分C，内锥形螺纹件的外密封面与外锥形螺纹件的外密封面形成外密封结构B，内锥形螺纹件的内密封面与外锥形螺纹件的内密封面形成内密封结构D，它们分别发生径向过盈；内锥形螺纹件的外台肩、内台肩分别与外锥形螺纹件的外台肩与内台肩则形成外扭矩台肩A和内扭矩台肩E，它们发生轴向过盈。
2.根据权利要求1所述的一种双台肩双密封面螺纹接头，其特征是为了提高螺纹接 头的抗弯性能，该螺纹接头的螺纹形式采用改进的偏梯形螺纹，内螺纹的高度为外螺纹 的高度为h2，其中h2 = 1. 106 1. 575mm。Ii1 = h2+(0 0. 2mm)，外螺纹和内螺纹的承载面 角为Y，Y =-3 -15°，外螺纹和内螺纹导向面角为θ，θ =+10° +25°。
3.根据权利要求1或2所述的一种双台肩双密封面螺纹接头，其特征是为了提 高螺纹接头的气密封性能，该螺纹接头设计了内、外两个金属/金属密封结构，内锥形 螺纹件的外密封面与外锥形螺纹件的外密封面与轴线的夹角为β 和β2，β = β2 =-20° -30°，内锥形螺纹件的外密封面与外台肩组成一个楔形突起，外锥形螺纹件的 外密封面与外台肩组成楔形凹槽，接头使用时，楔形突起嵌入楔形凹槽，起密封作用，内锥 形螺纹件的内密封面锥度和外锥形螺纹件的内密封面锥度均为τ =1 5 1 10。
4.根据权利要求1或2所述的一种双台肩双密封面螺纹接头，其特征是为了提高螺 纹接头的抗压缩和过扭矩性能，该螺纹接头设计了内、外双台肩结构，内锥形螺纹件外台肩 和外锥形螺纹件外台肩与轴线的夹角为α 1和α 2，α 1 = α 2 = 75° 85°，内锥形螺纹 件内台肩和外锥形螺纹件内台肩与轴线的夹角均为90°。
5.根据权利要求3所述的一种双台肩双密封面螺纹接头，其特征是为了提高螺纹接 头的抗压缩和过扭矩性能，该螺纹接头设计了内、外双台肩结构，内锥形螺纹件外台肩和外 锥形螺纹件外台肩与轴线的夹角为α 1和α 2，α 1 = α 2 = 75° 85°，内锥形螺纹件内 台肩和外锥形螺纹件内台肩与轴线的夹角均为90°。
6.一种采用双台肩双密封面螺纹接头的无接箍式油井管，其特征是双台肩双密封面 螺纹接头的内锥形螺纹件和外锥形螺纹件分别直接加工在油井管两端，管端不需加厚；在 内锥形螺纹件上依次设置有外台肩、外密封面、内螺纹、内密封面、内台肩，在外锥形螺纹件 上相应地设置有外台肩、外密封面、外螺纹、内密封面、内台肩，内锥形螺纹件和外锥形螺纹 件拧紧后，连接部位内、外径与油井管的管体内外径平齐；内螺纹与外螺纹形成螺纹连接部 分C，内锥形螺纹件的外密封面与外锥形螺纹件的外密封面形成外密封结构B，内锥形螺纹 件的内密封面与外锥形螺纹件的内密封面形成内密封结构D，它们分别发生径向过盈；内 锥形螺纹件的外台肩、内台肩分别与外锥形螺纹件的外台肩与内台肩则形成外扭矩台肩A 和内扭矩台肩Ε，它们发生轴向过盈。
7.根据权利要求6所述的采用双台肩双密封面螺纹接头的无接箍式油井管，其特征 是为了提高螺纹接头的抗弯性能，该螺纹接头的螺纹形式采用改进的偏梯形螺纹，内螺纹 的高度为Ii1，外螺纹的高度为h2，其中h2 = 1. 106 1. 575mm。Ii1 = h2+ (0 0. 2mm)，外螺纹 和内螺纹的承载面角为、’ Y =-3 -15°，外螺纹和内螺纹导向面角为θ，θ =+10° +25°。
8.根据权利要求6或7所述的采用双台肩双密封面螺纹接头的无接箍式油井管，其 特征是为了提高螺纹接头的气密封性能，该螺纹接头设计了内、外两个金属/金属密封 结构，内锥形螺纹件的外密封面与外锥形螺纹件的外密封面与轴线的夹角为β 和β2， β = β2 = -20° -30°，内锥形螺纹件的外密封面与外台肩组成一个楔形突起，外锥 形螺纹件的外密封面与外台肩组成楔形凹槽，接头使用时，楔形突起嵌入楔形凹槽，起密封 作用，内锥形螺纹件的内密封面锥度和外锥形螺纹件的内密封面锥度均为τ =1 5 1 10。
9.根据权利要求6或7所述的采用双台肩双密封面螺纹接头的无接箍式油井管，其特 征是为了提高螺纹接头的抗压缩和过扭矩性能，该螺纹接头设计了内、外双台肩结构，内 锥形螺纹件外台肩和外锥形螺纹件外台肩与轴线的夹角为α 1和α 2，α 1 = α 2 = 75° 85°，内锥形螺纹件内台肩和外锥形螺纹件内台肩与轴线的夹角均为90°。
10.根据权利要求8所述的采用双台肩双密封面螺纹接头的无接箍式油井管，其特征 是为了提高螺纹接头的抗压缩和过扭矩性能，该螺纹接头设计了内、外双台肩结构，内锥 形螺纹件外台肩和外锥形螺纹件外台肩与轴线的夹角为α 1和α 2，α 1 = α 2 = 75° 85°，内锥形螺纹件内台肩和外锥形螺纹件内台肩与轴线的夹角均为90°。
全文摘要
本发明提供了一种双台肩双密封面的螺纹接头及采用该螺纹接头的无接箍式油井管。双台肩双密封面螺纹接头由内锥形螺纹件和外锥形螺纹件两部分共同组成，在内锥形螺纹件上依次设置有外台肩、外密封面、内螺纹、内密封面、内台肩，在外锥形螺纹件上相应地设置有外台肩、外密封面、外螺纹、内密封面、内台肩，内锥形螺纹件和外锥形螺纹件拧紧后，连接部位内、外径与管体内外径平齐。采用双台肩双密封面螺纹接头结构形式的无接箍式油井管是在油井管的两端分别加工具有双台肩双密封面内锥形螺纹件和外锥形螺纹件，管端不需加厚。
文档编号E21B17/00GK101824969SQ201010144889
公开日2010年9月8日 申请日期2010年4月9日 优先权日2010年4月9日
发明者付强, 吴丹, 夏佑广, 张垂贵, 李小兵, 李建亮, 谢凯意 申请人:衡阳华菱连轧管有限公司;衡阳华菱钢管有限公司