一种高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头，包括接箍和两个管体，接箍的两端与两个管体螺纹连接，接箍的内表面被接箍的中间平面分为对称的两段子内表面，子内表面包括由接箍的中部向端部依次设置的第一负角度抗扭矩台肩、第一锥形密封段和内螺纹段，接箍两端均为直角端面；管体端部的外表面包括由管体端部向中部依次设置的第二负角度抗扭矩台肩、第二锥形密封段、外螺纹段和直角抗扭矩台肩；内螺纹段与外螺纹段为互相配合的梯形螺纹；当两个管体分别连接到接箍的两端时，第一负角度抗扭矩台肩与第二负角度抗扭矩台肩形成过盈配合，第一锥形密封段与第二锥形密封段形成过盈配合，接箍的直角端面与管体的直角抗扭矩台肩形成过盈对接配合。
【专利说明】一种高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及石油及天然气工业中的密封设备，更具体地讲，涉及一种高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头。
【背景技术】
[0002]油套管是开采石油和天然气所必须的石油专用管材，一般由几十至几百根油套管通过螺纹连接形成长达数百米至数千米的管柱，承担了开采油气的主要任务。
[0003]目前油套管的螺纹主要使用API偏梯形螺纹，API偏梯形螺纹是依据API标准生产和使用的螺纹形式，其加工检测相对简单且成本较低。但由于其结构设计方面的原因，存在着许多难以克服的缺陷，如:密封性能低、上扣定位不准确、接头应力水平高易出现粘扣以及上扣后接箍内部存在环空间隙等，从而导致流体紊流，造成能量损失、抗扭矩能力低，在扭矩过载时螺纹易损坏等问题。故近几年来API偏梯形螺纹的使用受到了很大限制，迫使人们开发和使用具有较高密封性的特殊螺纹油管和套管，但生产成本也随之大幅增加。
[0004]随着油气勘探程度的提高和对油气资源需求的不断增长，深井、超深井、页岩气开发已经成为我国油气勘探开发的主要对象。油套管服役环境更加恶劣，对螺纹接头提出了“高密封、高强度、高扭矩”的要求，普通的API偏梯形螺纹的连接方式已经难以满足开采要求。
[0005]因此，需要提供一种高连接强度、高密封性能、高抗扭矩、便于使用控制的油套管螺纹接头。
实用新型内容
[0006]针对现有技术中的不足，本实用新型的目的在于解决上述技术问题中的一个或多个。
[0007]本实用新型的目的在于解决现有API螺纹连接强度低、接头应力水平高、内部紊流造成的能量损耗大、上扣定位不准确、抗过扭矩能力低等的缺陷和不足，提供一种高连接强度、高密封性能、高抗扭矩、便于使用控制的油套管螺纹接头。
[0008]为了实现上述目的，本实用新型提供了一种高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头，所述螺纹接头包括接箍和两个管体，所述接箍的两端分别与所述两个管体螺纹连接，所述接箍的内表面被接箍的中间平面分为对称的两段子内表面，所述子内表面包括由接箍的中部向端部依次设置的第一负角度抗扭矩台肩、第一锥形密封段和内螺纹段，并且所述接箍的两端均为直角端面；所述管体的端部的外表面包括由管体的端部向中部依次设置的第二负角度抗扭矩台肩、第二锥形密封段、外螺纹段和直角抗扭矩台肩；其中，所述内螺纹段与外螺纹段为互相配合的梯形螺纹；当所述两个管体分别连接到所述接箍的两端时，所述第一负角度抗扭矩台肩与第二负角度抗扭矩台肩形成过盈配合，所述第一锥形密封段与第二锥形密封段形成过盈配合，所述接箍的直角端面与管体的直角抗扭矩台肩形成过盈对接配合。
[0009]根据本实用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头的一个实施例，所述接箍的子内表面还包括位于内螺纹段与直角端面之间的镗孔面，所述管体的端部的外表面还包括位于外螺纹段与直角抗扭矩台肩之间的退刀槽。
[0010]根据本实用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头的一个实施例，所述梯形螺纹为全顶螺纹，并且所述梯形螺纹的导向面角度为20°、承载面角度为3°、螺纹面锥度为1:16、螺纹过盈量为0.15?0.2mm、螺纹间距为3.175mm、4.234mm或5.08mm。
[0011]根据本实用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头的一个实施例，所述第一锥形密封段和第二锥形密封段的角度为3?5°，所述第一锥形密封段和第二锥形密封段的长度为5?10mm，所述第一锥形密封段与第二锥形密封段形成的过盈配合的过盈量为0.2 ?0.4mm。
[0012]根据本实用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头的一个实施例，所述第一负角度抗扭矩台肩与第二负角度抗扭矩台肩的角度为-10?-12° ,第一负角度抗扭矩台肩与第二负角度抗扭矩台肩形成的过盈配合的过盈量为0.15?0.25_。
[0013]根据本实用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头的一个实施例，所述接箍的直角端面与管体的直角抗扭矩台肩形成的过盈对接配合的过盈量为0.1?0.15_。
[0014]根据本实用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头的一个实施例，所述第二负角度抗扭矩台肩与第二锥形密封段之间采用过渡圆弧面连接。
[0015]根据本实用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头的一个实施例，所述管体的内表面与接箍的内表面的连接处形成平滑过渡连接。
[0016]根据本实用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头的一个实施例，所述管体的端部具有经加厚处理的加厚段，所述加厚段的外径比管体的未加厚段的外径大5?6mm。
[0017]根据本实用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头的一个实施例，所述接箍的外径比API标准接箍的外径小5?6mm。
[0018]本实用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头采用梯形螺纹设计，能够减小承载面角度、提高接头连接强度、减少螺纹干涉量、降低螺纹间接触应力并提高接头抗粘扣能力。其中采用锥形密封面的金属过盈配合结构，提高了接头的密封强度，保证了在拉伸、弯曲、压缩复合载荷下的接头密封性能；采用负角度抗扭矩台肩的配合结构，增强接头的抗过扭矩能力的同时起到辅助密封的作用；采用接箍端面与管体的直角抗扭矩台肩在上扣后形成的过盈对接配合结构，进一步提高了接头的抗过扭矩、抗压缩性能并起到辅助密封的作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头的配合结构剖视图。
[0020]图2是本实用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头中接箍的结构剖视图。
[0021]图3A是本实用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头中管体的靠近端部的部分结构剖视图。
[0022]图3B是本实用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头中管体的远离端部的部分结构剖视图。
[0023]附图标记说明:
[0024]1-接箍、11-中间平面、12-第一负角度抗扭矩台肩、13-第一密封段、14-内螺纹段、15-镗孔面、16-直角端面、2-管体、21-第二负角度抗扭矩台肩、22-圆弧过渡面、23-第二锥形密封段、24-外螺纹段、25-退刀槽、26-直角抗扭矩台肩。
【具体实施方式】
[0025]在下文中，将对本实用新型示例性实施例的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头进行详细说明。
[0026]根据本实用新型的示例性实施例，所述高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头包括接箍I和两个管体2，接箍I的两端分别与两个管体2螺纹连接，由此实现管路连接和油路或气路的密封。本实用新型主要是通过改进接箍I与管体2的结构以及配合结构来解决现有接头所存在的问题，其中，接箍1、管体2及其配合结构的改进具体说明如下。
[0027]图1是本实用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头的配合结构剖视图，图2是本实用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头中接箍的结构剖视图，图3A是本实用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头中管体的靠近端部的部分结构剖视图，图3B是本实用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头中管体的远离端部的部分结构剖视图。
[0028]如图2所示，接箍I的内表面被接箍的中间平面11分为对称的两段子内表面，所述子内表面包括由接箍I的中部向端部依次设置的第一负角度抗扭矩台肩12、第一锥形密封段13和内螺纹段14，并且接箍的两端均为直角端面16。如图3A和图3B所示，管体2的端部的外表面包括由管体2的端部向中部依次设置的第二负角度抗扭矩台肩21、第二锥形密封段23、外螺纹段24和直角抗扭矩台肩26。
[0029]根据本实用新型的一个实施例，接箍I的子内表面还包括位于内螺纹段14与直角端面16之间的镗孔面15，管体2的端部的外表面还包括位于外螺纹段24与直角抗扭矩台肩26之间的退刀槽25，镗孔面15与退刀槽25均为加工时产生的副结构。
[0030]其中，内螺纹段14与外螺纹段24为互相配合的梯形螺纹，由此内螺纹段14与外螺纹段24能够配合实现接箍I与管体2之间的螺纹连接。
[0031]如图所示，当两个管体2分别连接到接箍I的两端时，第一负角度抗扭矩台肩12与第二负角度抗扭矩台肩21形成过盈配合,并起到抗过扭矩和辅助密封的作用；第一锥形密封段13与第二锥形密封段23形成过盈配合，并构成主密封结构，提高了接头的密封强度，还保证了在拉伸、弯曲、压缩复合载荷下的接头密封性能；接箍I的直角端面16与管体2的直角抗扭矩台肩26形成过盈对接配合，进一步提高了接头的抗过扭矩、抗压缩性能并起到辅助密封的作用。
[0032]根据本实用新型，上述梯形螺纹为全顶螺纹，避免了黑皮螺纹对粘扣的影响，同时能够提高螺纹的连接强度。并且根据本实用新型的一个实施例，上述梯形螺纹的导向面角度为20°、承载面角度为3°、螺纹面锥度为1:16、螺纹过盈量为0.15?0.2mm、螺纹间距为3.175mm、4.234mm或5.08mm。其中，可以根据接箍或管体外径的不同选择上述三个规格的螺纹间距。
[0033]根据本实用新型的示例性实施例，上述第一锥形密封段13和第二锥形密封段23的角度为3?5°，第一锥形密封段13和第二锥形密封段23的长度为5?10mm，并且第一锥形密封段13与第二锥形密封段23形成的过盈配合的过盈量为0.2?0.4mm,同样地可以根据接箍I或管体2外径的不同选择锥形密封面的长度，通过合适的密封段长度和过盈量的设计能够有效地避免了密封面发生粘扣的可能性。上述第一负角度抗扭矩台肩12与第二负角度抗扭矩台肩21的角度为-10?-12°，第一负角度抗扭矩台肩12与第二负角度抗扭矩台肩21形成的过盈配合的过盈量为0.15?0.25mm。上述接箍I的直角端面16与管体2的直角抗扭矩台肩26形成的过盈对接配合的过盈量为0.1?0.15mm。
[0034]为了避免应力集中，优选地使第二负角度抗扭矩台肩21与第二锥形密封段23之间采用过渡圆弧面22连接。为了降低紊流造成的能量损失，可以通过对管体2的内壁进行加工，使管体2的内表面与接箍I的内表面的连接处形成平滑过渡连接。并且，为了保证管体2的强度和性能，可以在管体2的端部进行加厚处理，即使管体2的端部具有经加厚处理的加厚段，例如设置为加厚段的外径比管体的未加厚段的外径大5?6_。同时，基于本实用新型中接箍I与管体2的特殊连接配合方式，为了提高内通过性，可以使接箍I的外径比API标准接箍的外径小5?6mm。以上结构均为更优的设置方式，本实用新型不限于此。
[0035]综上所述，本实用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头采用梯形螺纹结构进行连接，减小了承载面角度、提高了接头连接强度、减少了螺纹干涉量、降低了螺纹间接触应力并且提高了接头抗粘扣能力，通过设置锥形密封配合结构和高抗扭矩台肩配合结构，使整个油套管螺纹接头具有良好的连接性能、高密封性能以及高抗扭矩性能和抗弯曲性能。
[0036]尽管上面已经结合示例性实施例描述了本实用新型的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。
【权利要求】
1.一种高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头，所述螺纹接头包括接箍和两个管体，所述接箍的两端分别与所述两个管体螺纹连接，其特征在于， 所述接箍的内表面被接箍的中间平面分为对称的两段子内表面，所述子内表面包括由接箍的中部向端部依次设置的第一负角度抗扭矩台肩、第一锥形密封段和内螺纹段，并且所述接箍的两端均为直角端面； 所述管体的端部的外表面包括由管体的端部向中部依次设置的第二负角度抗扭矩台肩、第二锥形密封段、外螺纹段和直角抗扭矩台肩； 其中，所述内螺纹段与外螺纹段为互相配合的梯形螺纹；当所述两个管体分别连接到所述接箍的两端时，所述第一负角度抗扭矩台肩与第二负角度抗扭矩台肩形成过盈配合，所述第一锥形密封段与第二锥形密封段形成过盈配合，所述接箍的直角端面与管体的直角抗扭矩台肩形成过盈对接配合。
2.根据权利要求1所述的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头，其特征在于，所述接箍的子内表面还包括位于内螺纹段与直角端面之间的镗孔面，所述管体的端部的外表面还包括位于外螺纹段与直角抗扭矩台肩之间的退刀槽。
3.根据权利要求1所述的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头，其特征在于，所述梯形螺纹为全顶螺纹，并且所述梯形螺纹的导向面角度为20°、承载面角度为3°、螺纹面锥度为1:16、螺纹过盈量为0.15?0.2mm、螺纹间距为3.175mm、4.234mm或5.08mm。
4.根据权利要求1所述的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头，其特征在于，所述第一锥形密封段和第二锥形密封段的角度为3?5°，所述第一锥形密封段和第二锥形密封段的长度为5?10_，所述第一锥形密封段与第二锥形密封段形成的过盈配合的过盈量为0.2 ?0.4mm。
5.根据权利要求1所述的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头，其特征在于，所述第一负角度抗扭矩台肩与第二负角度抗扭矩台肩的角度为-10?-12° ,第一负角度抗扭矩台肩与第二负角度抗扭矩台肩形成的过盈配合的过盈量为0.15?0.25mm。
6.根据权利要求1所述的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头，其特征在于，所述接箍的直角端面与管体的直角抗扭矩台肩形成的过盈对接配合的过盈量为0.1?0.15_。
7.根据权利要求1所述的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头，其特征在于，所述第二负角度抗扭矩台肩与第二锥形密封段之间采用过渡圆弧面连接。
8.根据权利要求1所述的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头，其特征在于，所述管体的内表面与接箍的内表面的连接处形成平滑过渡连接。
9.根据权利要求1所述的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头，其特征在于，所述管体的端部具有经加厚处理的加厚段，所述加厚段的外径比管体的未加厚段的外径大5?6mm ο
10.根据权利要求1所述的高抗扭矩高密封性的油套管螺纹接头，其特征在于，所述接箍的外径比API标准接箍的外径小5?6mm。
【文档编号】E21B17/08GK204082029SQ201420355662
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】村濑文夫, 晏如, 唐毅, 王利江, 赵明, 王源艺, 贺义, 丁原松, 叶虎, 张峻, 邓翔, 张谦 申请人:攀成伊红石油钢管有限责任公司