专利名称：耐高压的石油套管的连接结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油天然气连接技术领域，特别是涉及ー种耐高压的石油套管的连接结构。
背景技术：
套管柱是由单根石油套管采用螺纹连接而成，套管柱的螺纹连接部位是薄弱环节。理论分析和实验确认，套管柱螺纹连接部位的抗振动、抗高压、抗高温、耐腐蚀能力低于管体，导致套管柱在长期的使用过程中发生变形破坏。在通用的API标准中，石油套管采用圆螺纹外加厚或不加厚的螺纹连接方式。这些连接方式在保证套管柱结构完整性和密封性 能存在一定的问题。例如，采用不加厚圆螺纹连接的套管柱，其螺纹连接部位的強度只为管体強度的60% 80%，另外油气中含有的硫化氧酸性成分会使普通API石油套管发生缓慢的应カ腐蚀，逐渐降低其使用寿命。随着石油开采技术的进步，尤其是定向井、水平井、深井、超深井、高压气井、腐蚀性环境井的开发，对石油油管的使用性能提出了更高的要求，常用的API标准规定的螺纹连接形式在许多情况下难以满足用户的使用需求。尤其在某些井深、压カ高、环境恶劣的油田区域，套管柱受到的振动冲击比较大，使得套管柱的管接头先于管体失效，成为套管柱的薄弱环节，大幅降低套管柱的使用寿命。目前，提高连接部位扭转强度的方法主要是增大连接部位的外径、减小连接部位的内径，以增加连接部位的断面积。但是，为了減少泥浆的压力损失和提高运行性，希望连接部位具有外径小、内径大的结构特点，这ー点在深井和水平井中尤为重要。进而，在反复上扣和卸扣及振动冲击作用下，螺纹粘扣是不允许出现的。同吋，由于扭矩台肩大多采用圆弧面的线接触，接触面积小，抗扭能力弱。因此，需要开发ー种适用于高温、高压、耐腐蚀、抗振动冲击的管接头，具有高连接强度、可靠的密封性能、超过10次上扣和10次卸扣而不粘扣和高抗振动冲击的能力。
实用新型内容本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供ー种具有较高的连接強度和扭转强度，使用寿命长的耐高压的石油套管的连接结构。为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是ー种耐高压的石油套管的连接结构，由带有外螺纹的套管端头和具有内螺纹的管接头螺纹连接而成，其特征在干，所述套管端头具有端部墩粗结构，加厚套管的头部，所述套管端头和管接头采用的螺纹均为偏梯形锥螺纹；所述套管端头的头部设置有圆环面的外扭矩台肩，所述管接头上设置有与所述外扭矩台肩相配合的圆环面的内扭矩台肩。所述套管端头上的偏梯形锥螺纹的承载面牙型角为2° 4°，非承载面牙型角为30°，公端螺纹齿高为I. 26 2. 55mm,螺距分别为4. 98或4. 32或2. 95mm,螺纹锥度I :16 ;所述管接头上偏梯形锥螺纹的承载面牙型角、非承载面牙型角、螺距、锥度均与外螺纹一致，齿高为I. 68 I. 78mm，所述管接头上偏梯形锥螺纹的轴向过盈量为2. 5 5. Omm。所述套管端头与管接头的螺纹连接处设置有锌镀层，并涂有固体润滑剂SiC。所述套管端头与管接头连接后形成的内孔平齐。所述管接头上的两个内扭矩台肩之间的轴向距离不小于40mm。外扭矩台肩与内扭矩台肩沿径向的大小不同。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是I、本实用新型的连接结构通过套管端部墩粗，増加了完整螺纹的长度，使连接结构的连接強度得以加強。同吋，由于采用圆环面相接触的扭矩台肩，接触面积大，扭转強度闻。2、本实用新型的连接结构中，通过套管端部墩粗、套管端头的外圆环面扭矩台肩和管接头上的内圆环面的扭矩台肩，连接的扭转カ矩由圆环面的外扭矩台肩和内扭矩台肩的接触和螺纹表面的接触变形承担，连接部位的扭转强度与螺纹面及扭矩圆环面的摩擦系数几乎成正比，提高了扭转强度和密封性能，连接强度也得以加强，提高了使用寿命。3、本实用新型的连接结构中，较厚的扭矩台肩可以保证在过扭的情况下接头不会受:到破坏，提闻了使用寿命。4、本实用新型的连接结构中，采用锌镀层和固体润滑剂的结合，具有较高的摩擦系数和优良的耐粘扣性能。5、本实用新型的连接结构中，偏梯形锥螺纹高度较矮、公母端内孔平齐的设计使得油气在传送过程中不会发生紊流现象，减小传输阻力，同时增大了内孔径。6、本实用新型的连接结构中的外扭矩台肩与内扭矩台肩沿径向的大小不同，保证了良好的接触。
图I所示为本实用新型耐高压的石油套管的连接结构的示意图；图2所示为连接处的局部放大图。图中1.套管端头，2.管接头，3.内扭矩台肩，4.外扭矩台肩，5、外螺纹，6.内螺纹。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进ー步详细说明。本实用新型的耐高压的石油套管的连接结构的示意图如图I、图2所示，由带有外螺纹5的套管端头I和具有内螺纹6的管接头2螺纹连接而成，所述套管端头I具有端部墩粗结构，加厚套管的头部。所述套管端头I和管接头2采用的螺纹均为偏梯形锥螺纹。所述套管端头I的头部设置有圆环面的外扭矩台肩4，所述管接头2上设置有与所述外扭矩台肩相配合的圆环面的内扭矩台肩3。所述管接头上的两个内扭矩台肩之间的轴向距离不小于40mm。外扭矩台肩与内扭矩台肩沿径向的大小不同。所述套管端头上的偏梯形锥螺纹的承载面牙型角为2° 4°，非承载面牙型角为30°，公端螺纹齿高为I. 26 2. 55mm,螺距分别为4. 98或4. 32或2. 95mm,螺纹锥度I :16 ;所述管接头上偏梯形锥螺纹的承载面牙型角、非承载面牙型角、螺距、锥度均与外螺纹一致，齿高为I. 68 I. 78mm，所述管接头上偏梯形锥螺纹的轴向过盈量为2. 5 5. Omm。为了防止粘扣，所述套管端头与管接头的螺纹连接处设置有锌镀层，并涂有固体润滑剂SiC。采用12CrlMoV材料的套管和接头，通过锌镀层和固体润滑剂SiC相结合，摩擦系数达到O. 35，比只镀锌时的摩擦系数提高两倍以上。不粘扣的滑动距离能到5000mm以上，能保证实现10次上扣和卸扣不粘扣。所述套管端头与管接头连接后形成的内孔平齐，使得油气在传送过程中不会发生紊流现象。出厂前管接头的ー边先与套管端头拧接到位，运输至油田，需要下井时再与另ー根套管端头进行拧接下井，形成密闭的套管柱直至数千米深的采油气层。在拧接上扣过程中，套管端头与管接头进行旋合拧接，套管端头上的外螺纹和管接头上的内螺纹旋紧，配合在一起直至开始发生过盈而产生一定的接触应力，但由于公母 端螺纹中间有一定的空隙。因此，并不能完成密封。然后套管端头上的圆环面外扭矩台肩与管接头的圆环面内扭矩台肩部分开始接触吋，旋合扭矩立即快速上升到达设计的扭矩值时自动停止旋合，为套管端头和管接头之间提供准确的拧接定位，相互接触的圆环面发生变形达到密封的效果。而且由于扭矩台肩圆环面的环形面积较大，所以过扭矩能力很强。过扭矩能力能达到最佳扭矩的2倍以上。此时，套管端头和管接头能保证连接強度超过管体強度，受到内压或外压时不会先与管体发生泄漏。然后下放管柱继续进行下一根套管的上扣连接。本实用新型采用套管端头墩粗结构、圆环面台肩结构和偏梯形锥螺纹设计，同现在通用的连接结构相比，套管柱外形尺寸减小15%，强度增加了 50%;通过采用锌镀层和固体润滑剂相结合的方法，比采用镀铜方法相比，强度提高了 20%。通过反复上扣和卸扣试验，不粘扣的次数可以达到120次。本实用新型的连接结构，改善了石油套管连接部位強度低、密封不严和抗振动冲击效果不佳的状況，适用于井深压カ高、腐蚀环境恶劣、套管柱受到振动冲击比较大的井况。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.ー种耐高压的石油套管的连接结构，由带有外螺纹的套管端头和具有内螺纹的管接头螺纹连接而成，其特征在干，所述套管端头具有端部墩粗结构，加厚套管的头部，所述套管端头和管接头采用的螺纹均为偏梯形锥螺纹；所述套管端头的头部设置有圆环面的外扭矩台肩，所述管接头上设置有与所述外扭矩台肩相配合的圆环面的内扭矩台肩。
2.根据权利要求I所述的耐高压的石油套管的连接结构，其特征在于，所述套管端头上的偏梯形锥螺纹的承载面牙型角为2° 4°，非承载面牙型角为30°，公端螺纹齿高为I. 26 2. 55mm,螺距分别为4. 98或4. 32或2. 95mm,螺纹锥度I :16 ;所述管接头上偏梯形锥螺纹的承载面牙型角、非承载面牙型角、螺距、锥度均与外螺纹一致，齿高为I. 68 I.78_，所述管接头上偏梯形锥螺纹的轴向过盈量为2. 5 5. 0_。
3.根据权利要求I或2所述的耐高压的石油套管的连接结构，其特征在于，所述套管端头与管接头的螺纹连接处设置有锌镀层，并涂有固体润滑剂Sic。
4.根据权利要求3所述的耐高压的石油套管的连接结构，其特征在于，所述套管端头与管接头连接后形成的内孔平齐。
5.根据权利要求3所述的耐高压的石油套管的连接结构，其特征在干，所述管接头上的两个内扭矩台肩之间的轴向距离不小于40mm。
6.根据权利要求3所述的耐高压的石油套管的连接结构，其特征在于，外扭矩台肩与内扭矩台肩沿径向的大小不同。
专利摘要本实用新型公开了一种耐高压的石油套管的连接结构，而提供一种具有较高的连接强度和扭转强度，使用寿命长的耐高压的石油套管的连接结构。由带有外螺纹的套管端头和具有内螺纹的管接头螺纹连接而成，套管端头具有端部墩粗结构，加厚套管的头部，套管端头和管接头采用的螺纹均为偏梯形锥螺纹；套管端头的头部设置有圆环面的外扭矩台肩，管接头上设置有与所述外扭矩台肩相配合的圆环面的内扭矩台肩。本实用新型的连接结构通过套管端部墩粗，增加了完整螺纹的长度，使连接结构的连接强度得以加强。同时，由于采用圆环面相接触的扭矩台肩，接触面积大，扭转强度高。
文档编号E21B17/08GK202645465SQ201220264988
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月6日 优先权日2012年6月6日
发明者李连进, 盛雪利, 陈红 申请人:天津商业大学