专利名称：改进型圆螺纹气密封连接结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种改进型圆螺纹气密封连接结构。
背景技术：
石油天然气在世界能源乃至整个经济领域均占有极其重要的战略地位，伴随着世 界经济的快速发展以及对能源需求的不断增加，石油天然气的勘探开发力度也在不断加 大。随着地质结构的愈加复杂和钻井深度的不断增加，加上成本因素，国内外各大油田对油 井管的使用性能、安全可靠性以及性价比等提出了更高的要求。在石油及天然气钻采行业，油井管的市场需求量非常巨大。有关统计显示，包括 构成油气井主体结构的套管及采油、采气用油管在内，全世界每年油井管的需求量超过 一千万吨。长期以来，符合API (American Petroleum Institute-美国石油学会)标准规范 的管螺纹(简称API螺纹)油井管由于具有技术成熟、通用性强、易于加工等优点，一直被 广泛应用。但API螺纹由于结构设计方面的原因，存在着许多难以克服的性能缺陷，如API 圆螺纹的抗拉强度较低、气密封性能及抗粘扣性能较差，易粘扣；API偏梯形螺纹虽然抗拉 强度较高，但螺纹接头的气密封性能与API圆螺纹相比却有所降低，抗粘扣性能虽稍好于 API圆螺纹，但仍然不是十分理想。基于API圆螺纹、偏梯螺纹存在的性能缺陷，国内外主要的油井管生产厂也都相 继开发了各自的特殊扣螺纹来替代普通的API螺纹，但大都属于带有端部金属密封结构的 气密封特殊扣产品，因其结构及生产工艺相对复杂，生产成本远远高于API螺纹，使其在油 田的大范围应用受到了限制。在某些油田区域由于开采的油气层含量较低，底层较浅油气的压力不是太高，不 适合采用费用较高的特殊扣产品。普通API圆扣的价格虽然合适但其气密封能力无法保 证，特别是当长期下井后，螺纹中涂抹的螺纹脂会逐渐干燥，油性成分流失，由固液混合态 变为纯固态，填充体积大大减小。这样存在于API圆螺纹齿侧中原本封堵住的泄漏通道将 会打开，无法达到气密封的效果。因此油田采用了上扣时不涂抹螺纹脂而改用密封胶的方 式来保证其气密封性能。但此种方法也带来了上扣时的不便和密封性能的不稳定性。针对上述情况，油田开采方在开发一些油气含量较低压力不太高、结构不太复杂 的井况时，采用API圆螺纹涂抹CATTS101密封胶后上扣的方法来增强圆扣的气密性，以此 来部分替代特殊扣产品，以减小生产成本。但此方法存在以下弊端1.导致接头上卸扣性能降低，增大了上扣扭矩使拧接，使最终拧接位置不确定，可 能无法到达设计位置。而且密封胶三十分钟凝固后很难卸扣，影响作业。2.密封可靠性差，由于靠密封胶满足密封要求，涂抹不均或过少或漏抹或密封胶 变干拧接不到位都会发生泄漏。密封胶长期储藏易分层，失效后无法满足密封要求。发明内容针对现有技术中结构上的不足，本实用新型的目的是提供一种改进型圆螺纹气密 封连接结构，以利于改善普通API圆螺纹气密封性能不足的问题，使用方便，降低开采成本。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是提供一种改进型圆螺纹气密封连 接结构，该结构包括有一个端部带有外螺纹的套管和带有内螺纹的接箍旋合拧接而成，所 述套管的外螺纹与普通API螺纹完全一致，其中所述接箍的内螺纹齿底的圆弧半径大于 API螺纹的圆弧半径，接箍的内螺纹齿顶圆弧半径小于API螺纹的圆弧半径，接箍的内螺纹 齿顶齿底圆弧变化量保持一致，接箍的内螺纹齿高与API螺纹的齿高相等。所述接箍的内螺纹齿顶圆弧的半径范围为0. 018至0. 020英寸，接箍的内螺纹齿 底圆弧的半径范围为0. 017至0. 019英寸。本实用新型的效果是使用改进型圆螺纹气密封连接结构的优点是1.密封性能加强其气密封能力不低于API圆螺纹加密封胶的方式。2.良好的上卸扣性能适当的修改量不会导致螺纹部分区域接触压力过高，保证 三次上扣两次卸扣不发生粘扣。3.简单方便检验、管理、操作等与API圆螺纹完全相同，实现完全互换。4.低成本加工简单高效，成本与API圆螺纹接近。
图1是本实用新型的圆螺纹气密封连接结构的齿型示意图,A、套管B、接箍C、外螺纹齿顶圆弧D、API内螺纹齿底圆弧E、接箍的内螺纹齿底圆弧 F、API内螺纹齿顶圆弧G、接箍的内螺纹齿顶圆弧 H、外螺纹齿底圆弧
具体实施方式
结合附图及实施例对本实用新型的改进型圆螺纹气密封连接结构加以说明。由于改进接头的使用背景和使用条件决定了不能使用复杂的结构来达到密封效 果，必须在API圆螺纹的基础上进行改进，通过最简单最直接的办法来达到气密封的效果。 改进后的扣型在加工、检验、使用等方面最大程度地与API普通圆螺纹接近，以方便油田使 用降低生产成本。该接头由套管和接箍两部分组成，所述套管在两边管端外部加工公端圆 螺纹，所述接箍部分在两根套管间连接，两边结构对称，在两边内部加工母端圆螺纹。本实用新型的改进型圆螺纹气密封连接结构包括有一个端部带有外螺纹的套管 和带有内螺纹的接箍旋合拧接而成，所述套管的外螺纹与普通API螺纹完全一致，所述接 箍的内螺纹齿底的圆弧半径大于API圆螺纹的圆弧半径，接箍的内螺纹齿顶圆弧半径小于 API圆螺纹的圆弧半径，接箍的内螺纹齿高与API圆螺纹的齿高相等。所述接箍的内螺纹齿 顶圆弧的半径范围为0. 018至0. 020英寸，接箍的内螺纹齿底圆弧的半径范围为0. 017至 0.019英寸。接箍的内螺纹齿顶齿底圆弧变化量必须保持一致，以保证改进后内螺纹的齿高不 会发生变化。[0027]如图1所示，该改进型气密封圆螺纹接头结构包括套管A和接箍B两部分组成，所 述套管A部分的外螺纹齿顶圆弧C和外螺纹齿底圆弧H与API圆螺纹规定保持一致；所述 接箍B部分的内螺纹的齿底圆弧由原来API圆螺纹的API内螺纹齿底圆弧D增大为接箍的 内螺纹齿底圆弧E，齿顶圆弧由原来的API内螺纹齿顶圆弧F缩小为接箍的内螺纹齿顶圆弧 G0对于普通API圆螺纹接头，套管A部分的外螺纹齿顶圆弧C和API内螺纹齿底圆 弧D之间为空开的间隙，对于整个接头形成了一个螺旋型的泄漏通道。改进后的套管A部分 的圆螺纹齿顶圆弧C和接箍B部分的圆螺纹的齿底圆弧E之间的泄漏通道面积大大减小。 根据泄漏量的计算方法当两个同心圆环间存在间隙且无密封填充物时，环形缝隙因压力差产生的泄漏量 可由下式计算Q= (Ji d δ 3 Δ P) / (12 η L)式中Q-泄漏量(m3/s) d_密封直径(m) δ -缝隙量(m)Δ P-压力差(Pa) n -动力黏度(Pa · s) L-缝隙长度(m)计算结果如下改进后接头的泄漏量仅约为API圆螺纹接头的10%-20%，密封能 力提高80%以上，考虑丝扣油的固体颗粒封堵作用，有可能实现100%气密封能力。由于接箍B部分的母端螺纹圆弧的变化，原有加工刀具无法再使用，需要按更改 设计订做母端车丝刀具。由于接箍B部分的母端齿顶和齿底圆弧一个缩小一个增大，且变 化量一致，所以整体齿高保持不变，加工完毕后的检测方法与API普通圆螺纹保持一致。改进后除车丝所用刀具需重新订做区分外，其余螺纹的加工、检验、操作均与普通 API普通圆螺纹扣一致，以达到最大程度的可互换性和使用便捷性。
权利要求一种改进型圆螺纹气密封连接结构，该结构包括有一个端部带有外螺纹的套管和带有内螺纹的接箍旋合拧接而成，所述套管的外螺纹与普通API圆螺纹完全一致，其特征是所述接箍的内螺纹齿底的圆弧半径大于API圆螺纹的圆弧半径，接箍的内螺纹齿顶圆弧半径小于API圆螺纹的圆弧半径，接箍的内螺纹齿顶齿底圆弧变化量保持一致，接箍的内螺纹齿高与API圆螺纹的齿高相等。
2.根据权利要求1所述的改进型圆螺纹气密封连接结构，其特征是所述接箍的内螺 纹齿顶圆弧的半径范围为0.018至0. 020英寸，接箍的内螺纹齿底圆弧的半径范围为0.017 至0.019英寸。
专利摘要本实用新型提供一种改进型圆螺纹气密封连接结构，该结构包括有一个端部带有外螺纹的套管和带有内螺纹的接箍旋合拧接而成，所述套管的外螺纹与普通API螺纹完全一致，所述接箍的内螺纹齿底的圆弧半径大于API圆螺纹的圆弧半径，接箍的内螺纹齿顶圆弧半径小于API圆螺纹的圆弧半径，接箍的内螺纹齿高与API圆螺纹的齿高相等。本实用新型的效果是该连接结构密封性能加强，减小泄漏通道截面面积，其气密封能力不低于API圆螺纹加密封胶的方式，有良好的上卸扣性能，适当的修改量不会导致螺纹部分区域接触压力过高，保证三次上扣两次卸扣不发生粘扣。使用简单方便，检验、管理、操作等与API圆螺纹完全相同，实现完全互换。低成本，加工简单高效。
文档编号E21B17/042GK201714315SQ20102017558
公开日2011年1月19日 申请日期2010年4月30日 优先权日2010年4月30日
发明者刘俊虎, 史彬, 吕春莉, 吴稀勇, 周宗强, 孙开明, 屈强, 张军, 李建民, 柳玉伟, 梅丽, 闫龙, 陈涛, 骆敬辉 申请人:天津钢管集团股份有限公司