专利名称：一种螺距为每英寸四点五牙的石油管螺纹连接结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种石油管螺纹连接结构，特别是一种螺距为4. 5牙/英寸的石 油管螺纹连接结构。
背景技术：
在开采石油和天然气的过程中，石油管通过螺纹连接起来，组成长达数千米的石 油管柱，形成石油和天然气的通道。其中，螺纹连接部位是最为薄弱的环节，很多失效都发 生在螺纹连接部位，如何增加石油管螺纹连接的可靠性、安全性，是目前需要解决的技术难 题。目前，石油管螺纹连接结构一般可以分为两类一类是符合API标准的API 螺纹连接结构，另一类是除了 API螺纹以外的特殊螺纹连接结构。API螺纹又分为圆螺纹和 偏梯形螺纹两种形式。API圆螺纹是锥度为1:16的锥管螺纹，螺纹的螺距是8牙/英寸 (3. 175mm)，其导向面角30°，承载面角30°，螺纹的齿高1. 81mm，这种螺纹由于承载面角 度大，在轴向载荷作用下会产生很大的径向分力，造成螺纹滑脱失效，因此连接效率低，连 接强度一般只有管体强度的60 - 80%。API偏梯形螺纹是为了克服API圆螺纹的缺点而设 计的，API偏梯形螺纹也是锥度为1 16的锥管螺纹，螺纹的螺距是5牙/英寸既5. 08mm,其 导向面角10°，承载面角3°，螺纹的齿高1.575mm，这种螺纹的承载面角为3°，在轴向载 荷作用下产生的径向分力显著减小，一般不会造成螺纹滑脱失效，因此连接效率大幅度提 高，螺纹部位的连接强度可以与管体相当。尽管API偏梯形螺纹比API圆螺纹有进步，但是 仍存在以下缺点1、螺纹连接后应力水平高，容易发生粘扣，影响连接性能。2、抵抗弯曲载 荷的能力较差，不能在大位移井的井况下使用。3、螺纹既起连接的功能，也起密封的功能， 没有专门的金属/金属密封结构，因此密封性能差。为了克服API螺纹连接的上述缺点，目前研究人员已设计了各种各样的特殊螺纹 连接结构。例如中国专利文献公开了一种名称为“油、套管螺纹接头”的实用新型专利，公 开号为CN 2575286Y，
公开日为2003年9月M日。该专利技术对上述API螺纹连接结构进 行了改进，其螺纹仍然为偏梯形螺纹，但是在外螺纹前端设置一个圆柱密封面，在内螺纹相 应啮合的位置设置一个凸起球面主密封面，圆柱密封面与凸起球面构成主密封部分。同时， 将外螺纹件前端倒成一 9°或一 15°角，与内螺纹件的一 9°或一 15°台肩过盈配合构成 副密封部分。该接头增加了主密封结构和副密封结构，因而密封性能增强，但接头的螺纹没 有改进，仍存在缺陷。发明内容本实用新型针对现有技术存在的缺陷和不足，提供一种连接效率高、抗弯曲性能 好的螺纹连接结构。该螺纹连接结构通过优化螺纹设计，降低了螺纹部位的应力集中程度， 适合在深井、水平井、大位移井中使用。本实用新型的技术方案是一种螺距为每英寸四点五牙的石油管螺纹连接结构，它包括接箍和管体，在接箍的内壁的两端分别依次设置内螺纹、圆柱孔、圆锥孔、扭矩挡肩； 在管体的外壁相应地依次设置外螺纹、圆柱体、圆锥体、端部台肩。内螺纹和外螺纹的锥度 为1:16，内螺纹的承载面角α 和外螺纹的承载面角α2为-3 -5°，内螺纹的导向面角 θ 1和外螺纹的导向面角Θ2为10 15°，内螺纹扭矩挡肩的角度rl和外螺纹端部台肩 的角度r2为-12 -15°。内螺纹和外螺纹的螺距为4. 5牙/英寸既5. 644mm,内螺纹的 槽宽L2为2. 949mm,牙宽L12. 695mm,外螺纹的槽宽L3、牙宽L4均为2. 822mm,外螺纹的齿 高h2为1. 6 2. Omm,内螺纹的齿高hi为h2+0. 2mm。使用时，接箍上的内螺纹与管体上的外螺纹、接箍上的圆锥孔与管体上的圆锥体 发生过盈配合，圆柱孔与圆柱体不接触，二者之间有间隙。金属/金属密封由接箍上的圆锥 孔与管体上的圆锥面完成。同时，接箍上的扭矩挡肩与管体上的端部台肩发生轴向过盈，产 生的反力使内螺纹与外螺纹的承载面紧密接触。螺纹承载面与扭矩挡肩面组成一个楔形结 构，在弯曲载荷下，该楔形结构具有良好的效果。另外，内、外螺纹啮合后，齿顶与齿底之间 存在大约0. 2mm的间隙，齿侧与齿侧之间存在大约0. 127mm的间隙，这些间隙的存在，一方 面可以储存螺纹脂，另一方面还可以减小螺纹局部的应力集中。本实用新型与现有技术相比具有如下特点1、螺纹形式进行了改进，螺距更大，便于对扣。螺纹高度增加，有利于提高螺纹的 强度。2、螺纹啮合后，齿顶与齿底之间、以及齿侧与齿侧之间都存在一定的间隙，这些间 隙既可以存储螺纹脂，还可以减小螺纹局部的应力集中。3、螺纹承载面与扭矩挡肩面组成一个楔形结构，使该连接结构特别适合在弯曲载 荷下使用。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型的详细结构作进一步描述。
附图1为本实用新型的结构示意图；附图2为内螺纹的结构示意图；附图3为外螺纹的结构示意图；附图4为附图1中的A部放大图。
具体实施方式
实施例一、本实施例是用于177. 8X 10. 36mm的石油管，它包括接箍1和管体2，钢 级为Pl 10。接箍1的外径为195. 1mm，管体2的外径为177. 8mm，管体2的壁厚为10. 36mm, 材料特性屈服强度os=758Mpa，抗拉强度为ο b=890Mpa。接箍1的材料特性与管体2相 同。在接箍1的内壁两端分别依次设置内螺纹1-1、圆柱孔1-2、圆锥孔1-3、扭矩挡肩1-4 ； 在管体2的外壁相应地依次设置外螺纹2-1、圆柱体2-2、圆锥体2-3、端部台肩2-4。内螺 纹扭矩挡肩1-4的角度rl和外螺纹端部台肩2-4的角度r2均为-12°。内螺纹1_1和外 螺纹2-1的锥度为1 16，内螺纹1-1的螺距LA和外螺纹2-1的螺距LB为4. 5牙/英寸既 5. 644mm,内螺纹1_1的承载面角α 1和外螺纹2_1的承载面角α 2均为一 3°，内螺纹1_1 的导向面角θ 1和外螺纹2-1的导向面角Θ2均为10°，外螺纹2-1齿高h2为1.775 mm,内螺纹1-1齿高hi为1. 975mm,内螺纹1_1槽宽L2为2. 949mm,牙宽Ll为2. 695mm，外螺 纹2-1槽宽L3、牙宽L4均为2. 822mm。本连接结构的连接强度达到4250kN，气密封能力达 到77. 36Mpa，抗弯曲能力达到抗弯曲能力达到40° /30米。 实施例二、本实施例是用于M4. 5X11. 99mm的石油管，它包括接箍1和管体2，钢 级为Pl 10。接箍1的外径为269. 88mm，管体2的外径为244. 5mm，管体2的壁厚为11. 99mm, 材料特性屈服强度σ s=758Mpa，抗拉强度为σ b=890Mpa。接箍1的材料特性与管体6相 同。在接箍1的内壁两端分别依次设置内螺纹1-1、圆柱孔1-2、圆锥孔1-3、扭矩挡肩1-4 ； 在管体2的外壁相应地依次设置外螺纹2-1、圆柱体2-2、圆锥体2-3、端部台肩2-4。内螺 纹扭矩挡肩1-4的角度rl和外螺纹端部台肩2-4的角度r2均为-12°。内螺纹1_1和外 螺纹2-1的锥度为1 16，内螺纹1-1的螺距LA和外螺纹2-1的螺距LB为4. 5牙/英寸既 5. 644mm,内螺纹1_1的承载面角α 1和外螺纹2_1的承载面角α 2均为-4°，内螺纹1_1 的导向面角θ 1和外螺纹2-1的导向面角θ 1均为12°，外螺纹2-1齿高h2为1.98 mm, 内螺纹1-1齿高hi为2. 18mm,内螺纹1_1槽宽L2为2. 949mm,牙宽Ll为2. 695mm，外螺纹 2-1槽宽L3、牙宽L4均为2. 822mm。本连接结构的连接强度达到6675kN，气密封能力达到 65. 09Mpa，抗弯曲能力达到抗弯曲能力达到30° /30米。
权利要求1. 一种螺距为每英寸四点五牙的石油管螺纹连接结构，它包括接箍和管体，其特征 是在接箍的内壁两端分别依次设置内螺纹、圆柱孔、圆锥孔、扭矩挡肩，在管体的外壁相 应地依次设置外螺纹、圆柱体、圆锥体、端部台肩；内螺纹和外螺纹的锥度为1:16，内螺纹 的承载面角α 1和外螺纹的承载面角α 2为-3 -5°，内螺纹的导向面角θ 1和外螺 纹的导向面角Θ2为10 15°，内螺纹扭矩挡肩的角度rl和外螺纹端部台肩的角度r2 为-12 -15°，内螺纹和外螺纹的螺距为4. 5牙/英寸既5. 644mm,内螺纹的槽宽L2为 2. 949mm,牙宽Ll为2. 695mm,外螺纹的槽宽L3、牙宽L4均为2. 822mm,外螺纹的齿高h2为 1. 6 2. Omm,内螺纹的齿高hi为h2+0. 2mm。
专利摘要一种螺距为每英寸四点五牙的石油管螺纹连接结构，它包括接箍和管体。在接箍的内壁两端分别依次设置内螺纹、圆柱孔、圆锥孔、扭矩挡肩,在管体的外壁相应地依次设置外螺纹、圆柱体、圆锥体、端部台肩；内螺纹和外螺纹的锥度为1:16，内螺纹的承载面角α1和外螺纹的承载面角α2为-3～-5°，内螺纹的导向面角θ1和外螺纹的导向面角θ2为10～15°，内螺纹扭矩挡肩的角度r1和外螺纹端部台肩的角度r2为-12～-15°，内螺纹和外螺纹的螺距为4.5牙/英寸既5.644mm，内螺纹的槽宽L2为2.949mm，牙宽L12.695mm，外螺纹的槽宽L3、牙宽L4均为2.822mm，外螺纹的齿高h2为1.6～2.0mm，内螺纹的齿高h1为h2+0.2mm。
文档编号E21B17/042GK201835762SQ201020572288
公开日2011年5月18日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22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:衡阳华菱钢管有限公司