一种整体式油套管螺纹接头的制作方法

本发明涉及一种螺纹接头，尤其涉及一种整体式螺纹接头。

背景技术：

油套管是石油开采工程中的专用管材，在钻井结束后套管支撑井壁，油管则将原油和天然气输送到地表，最终完成油气开采。这个过程中油管和油管之间以及套管与套管之间需要通过螺纹接头实现连接。利用螺纹接头将油管及套管串联成管柱完成油气开采任务。

随着技术的发展，螺纹接头形成了多种细分种类。从结构形式上，分为整体式和接箍式；从标准化规范上，分为api标准螺纹和特殊螺纹接头；从使用工况上，分为普通螺纹接头和气密封螺纹接头。其中整体式螺纹接头一般用于小井眼钻井，开窗侧钻井及在套损井内下小油套管进行旧井修复，另外还可以作为尾管使用。其主要特点是在钢管的两端分别加工公螺纹和母螺纹，在使用过程中前一根钢管的母螺纹对拧下一根钢管的公螺纹实现连接，因此钢管和钢管之间不需要其他连接组件，满足直连要求。

由于整体式螺纹接头省去了中间连接组件，因此其结构比较紧凑，占用空间小，从而能够满足井下特殊条件尺寸空间受限的油套管使用要求。

现有技术中，整体式螺纹接头具有很多种类型，最为典型的为apixcsg整体式螺纹接头。该接头采用偏梯形齿形，通过管端内外加厚保证接头强度，同时还具备专门气密封结构满足一定密封要求。但这种接头由于加工复杂、测量繁琐而并未广泛应用。

专利号为cn203008801u，公开日为2013年6月19日，名称为“带气密封结构的整体式油管接头”的中国专利文献公开了一种带气密封结构的整体式油套管螺纹接头，该螺纹接头由位于两端的密封部位和中间的螺纹段组成，其中每个密封部位又由密封面和止扭台肩组成。通过这种优化结构，接头具备良好的密封性能，加工容易，检验方便，可以在大扭矩条件下多次拧接。

专利号为cn203188925u，公开日为2013年9月11日，名称为“外加厚无接箍套管”的中国专利文献公开了一种外加厚结构的整体式螺纹接头，接头包含包含端部外螺纹、端部内螺纹和端部外加厚层，管体的两个端部均分别设有端部外加厚层，管体一个端部设有端部外螺纹，另一个端部设有端部内螺纹，整个管体的内径相同，多根套管通过螺纹连接在一起，该管体的端部外螺纹与前一根套管的端部内螺纹匹配连接，该管体的端部内螺纹与后一根套管的端部外螺纹匹配连接。通过这种方式套管与套管之间省去了接箍连接，获得了管体的一致性，减少螺纹丝扣接触次数，省去了接箍，确保了密封性，套管之间连接更为牢固，同时减轻管体自身重量，大量节约了材料成本，提高了油田的工作效率，操作方便。

专利号为cn104847280a，公开日为2015年8月19日，名称为“一种直连型特殊螺纹隔热油管”的中国专利文献公开了一种直连型特殊螺纹隔热油管接头，该接头端部外径墩粗加厚，并依次设有特殊扣内螺纹结构，其另一端设有特殊扣外螺纹结构，采用直连形式连接成管柱，避免了现有隔热油管的接箍连接，简化了结构，减低了成本；同时因此处壁厚增加，其抗拉强度也随之提高；因在螺纹端部和尾部设有密封锥面，增强了密封性能，同时因增加反扭矩台肩的设置，提高了隔热管柱的抗压缩、抗扭性能、隔热性能。

这些特殊螺纹接头形式通过不同的结构特征满足了特殊油气开采工况要求。然而这些接头往往结构比较复杂，此外，为了保证接头连接强度，对管端进行了较大程度的加厚处理，造成管端尺寸较大，不利于下井使用。

鉴于此，期望获得一种油套管螺纹接头，该螺纹接头结构简单，具有较高的连接强度和连接效率，并具有较好的气密封性能和抗扭性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种整体式油套管螺纹接头，该螺纹接头结构简单，具有较高的连接强度和连接效率，并具有较好的气密封性能和抗扭性能。

为了实现上述目的，本发明提出了一种整体式油套管螺纹接头，其长度方向上的两端分别为公端和母端，此外，

在整体式油套管螺纹接头的轴向方向上，所述公端依次具有：第一公台肩和公螺纹段，其中所述第一公台肩的接触面上设有棘状齿或波浪齿；

在整体式油套管螺纹接头的轴向方向上，所述母端依次具有：第一母台肩和母螺纹段，其中所述第一母台肩的接触面上设有棘状齿或波浪齿；

其中，当至少两个整体式油套管螺纹接头彼此连接时，其中一个整体式油套管螺纹接头的公螺纹段与另一个整体式油套管螺纹接头的母螺纹段螺纹连接，且其中一个整体式油套管螺纹接头的第一公台肩与另一个整体式油套管螺纹接头的第一母台肩相互接触。

在本发明所述的技术方案中，在整体式油套管螺纹接头的轴向方向上，公端依次具有：第一公台肩和公螺纹段，其中第一公台肩的接触面上设有棘状齿或波浪齿。母端依次具有：第一母台肩和母螺纹段，其中第一母台肩的接触面上设有棘状齿或波浪齿，以便当一个整体式油套管螺纹接头的第一公台肩与另一个整体式油套管螺纹接头的第一母台肩相互接触时，能够增大滑动阻力，避免接头过拧时发生胀扣，从而保证本发明所述的整体式油套管螺纹接头的抗扭性能。

进一步地，在本发明所述的整体式油套管螺纹接头中：

在整体式油套管螺纹接头的轴向方向上，所述公端依次具有：所述第一公台肩、所述公螺纹段和第二公台肩；

在整体式油套管螺纹接头的轴向方向上，所述母端依次具有：所述第一母台肩、所述母螺纹段和第二母台肩；

其中，当至少两个整体式油套管螺纹接头彼此连接时，其中一个整体式油套管螺纹接头的第二公台肩与另一个整体式油套管螺纹接头的第二母台肩相互接触。

更进一步地，在本发明所述的整体式油套管螺纹接头中，所述第二公台肩和/或第二母台肩的接触面上设有棘状齿或波浪齿。

在本发明所述的技术方案中，第二公台肩和/或第二母台肩的接触面上设有棘状齿或波浪齿，以便当一个整体式油套管螺纹接头的第二公台肩与另一个整体式油套管螺纹接头的第二母台肩相互接触时，能够增大滑动阻力，避免接头过拧时发生胀扣，从而保证本发明所述的整体式油套管螺纹接头的抗扭性能。

进一步地，在本发明所述的整体式油套管螺纹接头中，所述第一公台肩和第一母台肩的接触面与整体式油套管螺纹接头的轴向之间夹角为75°～90°。

进一步地，在本发明所述的整体式油套管螺纹接头中，所述第一公台肩和第一母台肩的接触面与整体式油套管螺纹接头的轴向之间夹角为90°。

进一步地，在本发明所述的整体式油套管螺纹接头中，所述第二公台肩和第二母台肩的接触面与整体式油套管螺纹接头的轴向之间夹角为75°～90°。

进一步地，在本发明所述的整体式油套管螺纹接头中，所述第二公台肩和第二母台肩的接触面与整体式油套管螺纹接头的轴向之间夹角为90°。

进一步地，在本发明所述的整体式油套管螺纹接头中，所述整体式油套管螺纹接头的长度方向上的两端为加厚部，所述加厚部的壁厚大于整体式油套管螺纹接头上非加厚部的壁厚。

在本发明所述的技术方案中，在一些实施方式中，整体式油套管螺纹接头的长度方向上的两端为加厚部，加厚部的壁厚大于整体式油套管螺纹接头上非加厚部的壁厚，以便提高本发明所述的整体式油套管螺纹接头的连接强度和连接效率。

进一步地，在本发明所述的整体式油套管螺纹接头中，所述公螺纹段和母螺纹段的啮合长度l满足：其中h表示螺纹的齿高，t表示整体式油套管螺纹接头的管端壁厚，ζ表示螺纹锥度。

在本发明所述的技术方案中，为了保证接头连接强度，提高接头连接效率，在本发明所述的整体式油套管螺纹接头中，公螺纹段和母螺纹段的啮合长度l满足：其中h表示螺纹的齿高，t表示整体式油套管螺纹接头的管端壁厚，ζ表示螺纹锥度。

进一步地，在本发明所述的整体式油套管螺纹接头中，所述公螺纹段和母螺纹段的螺纹满足下列各项的至少其中之一：

齿形为偏梯形或倒钩型；

齿高为1.0mm～1.8mm；

螺距为4～8牙/英寸；

螺纹锥度为1:10～1:16；

螺纹导向侧齿形角为10°～45°；

螺纹承载侧齿形角为-15°～5°。

在本发明所述的技术方案中，为了保证本发明所述的整体式油套管螺纹接头拧紧后公螺纹段和母螺纹段完全贴合不留空隙，从而提高气密封性能，在本发明所述的整体式油套管螺纹接头中，公螺纹段和母螺纹段的螺纹满足下列各项的至少其中之一：齿形为偏梯形或倒钩型；齿高为1.0mm～1.8mm；螺距为4～8牙/英寸；螺纹锥度为1:10～1:16；螺纹导向侧齿形角为10°～45°；螺纹承载侧齿形角为-15°～5°。

本发明所述的整体式油套管螺纹接头与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明通过采用整体式以及台肩结构设计，使得本发明所述的整体式油套管螺纹接头具有较高的连接强度和连接效率，并具有较好的气密封性能和抗扭性能，能够实现无接箍连接，从而为井下作业提供最大的环境空间。

附图说明

图1示意性地显示了本发明所述的整体式油套管螺纹接头在某些实施方式下的结构。

图2示意性地显示了两个图1所示的整体式油套管螺纹接头连接后的结构。

图3局部放大显示了两个图1所示的整体式油套管螺纹接头进行连接时的结构。

图4为本发明所述的整体式油套管螺纹接头中的公螺纹段和母螺纹段在某些实施方式下的结构示意图。

图5显示了本发明所述的整体式油套管螺纹接头中的公螺纹段或母螺纹段在某些实施方式下的结构参数。

图6局部放大显示了两个本发明所述的整体式油套管螺纹接头在另一些实施方式下进行连接时的结构。

图7局部放大显示了两个本发明所述的整体式油套管螺纹接头在另一些实施方式下连接后的结构。

图8示意性地显示了本发明所述的整体式油套管螺纹接头在又一些实施方式下的结构。

图9示意性地显示了两个图8所示的整体式油套管螺纹接头连接后的结构。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的整体式油套管螺纹接头做进一步的解释和说明，然而，该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

图1示意性地显示了本发明所述的整体式油套管螺纹接头在某些实施方式下的结构。图2示意性地显示了两个图1所示的整体式油套管螺纹接头连接后的结构。图3局部放大显示了两个图1所示的整体式油套管螺纹接头进行连接时的结构。

如图1、图2和图3所示，在某些实施方式中，本发明所述的整体式油套管螺纹接头的长度方向上的两端分别为公端1和母端2，其中，在整体式油套管螺纹接头的轴向方向上，公端1依次具有第一公台肩11和公螺纹段12，其中第一公台肩11的接触面111上设有波浪齿，在其他的一些实施方式中，也可以是棘状齿。此外，在整体式油套管螺纹接头的轴向方向上，母端2依次具有第一母台肩21和母螺纹段22，其中第一母台肩21的接触面211上设有波浪齿，在其他的一些实施方式中，也可以是棘状齿。此外，当两个整体式油套管螺纹接头彼此连接时，其中一个整体式油套管螺纹接头的公螺纹段12与另一个整体式油套管螺纹接头的母螺纹段22螺纹连接，且其中一个整体式油套管螺纹接头的第一公台肩11与另一个整体式油套管螺纹接头的第一母台肩21相互接触。

需要说明的是，上述波浪齿或者棘状齿的作用在于，当一个整体式油套管螺纹接头的第一公台肩11与另一个整体式油套管螺纹接头的第一母台肩21相互接触时，能够增大滑动阻力，避免接头过拧时发生胀扣，从而保证本发明所述的整体式油套管螺纹接头的抗扭性能。

此外，从图1、图2、图3还可以看出，在某些实施方式中，第一公台肩11的接触面111和第一母台肩21的接触面211与整体式油套管螺纹接头的轴向之间夹角均为90°。需要说明的是，在其他的一些实施方式中，第一公台肩11的接触面111和第一母台肩21的接触面211与整体式油套管螺纹接头的轴向之间夹角可以是75°～90°内的任意角度。

图4为本发明所述的整体式油套管螺纹接头中的公螺纹段和母螺纹段在某些实施方式下的结构示意图。图5显示了本发明所述的整体式油套管螺纹接头中的公螺纹段或母螺纹段在某些实施方式下的结构参数。

进一步参考图4和图5可以看出，并在必要时结合图3，在某些实施方式中，公螺纹段12和母螺纹段22采用全啮合结构，此外，为了保证接头连接强度，提高接头连接效率，公螺纹段12和母螺纹段22的啮合长度l满足：其中h表示螺纹的齿高，t表示整体式油套管螺纹接头的管端壁厚，ζ表示螺纹锥度。需要说明的是，为了保证本发明所述的整体式油套管螺纹接头拧紧后公螺纹段和母螺纹段完全贴合不留空隙，从而提高气密封性能，公螺纹段12和母螺纹段22的螺纹满足下列各项的至少其中之一：齿形为偏梯形或倒钩型；齿高h为1.0mm～1.8mm；螺距m为4～8牙/英寸；螺纹锥度ζ为1:10～1:16；螺纹导向侧齿形角β为10°～45°；螺纹承载侧齿形角α为-15°～5°。

图6局部放大显示了两个本发明所述的整体式油套管螺纹接头在另一些实施方式下进行连接时的结构。图7局部放大显示了两个本发明所述的整体式油套管螺纹接头在另一些实施方式下连接后的结构。

由图6和图7可以看出，并在必要时结合图3，在另一些实施方式中，本发明所述的整体式油套管螺纹接头除了具有上述实施方式中的结构之外，还可以具有下述结构特征：

在整体式油套管螺纹接头的轴向方向上，公端1除了依次具有上述实施方式中的第一公台肩11和公螺纹段12之外，还可以具有第二公台肩13。此外，在整体式油套管螺纹接头的轴向方向上，母端2除了依次具有上述实施方式中的第一母台肩21和母螺纹段22之外，还可以具有第二母台肩23。其中，当两个整体式油套管螺纹接头彼此连接时，其中一个整体式油套管螺纹接头的第二公台肩13与另一个整体式油套管螺纹接头的第二母台肩23相互接触。此外，第二公台肩13的接触面131设有波浪齿，在其他的一些实施方式中，也可以是棘状齿。第二母台肩23的接触面上231设有波浪齿，在其他的一些实施方式中，也可以是棘状齿。需要说明的是，棘状齿或波浪齿的作用在于，当一个整体式油套管螺纹接头的第二公台肩13与另一个整体式油套管螺纹接头的第二母台肩23相互接触时，能够增大滑动阻力，避免接头过拧时发生胀扣，从而保证本发明所述的整体式油套管螺纹接头的抗扭性能。

此外，从图6和图7中还可以看出，第二公台肩13的接触面131和第二母台肩23的接触面231与整体式油套管螺纹接头的轴向之间夹角均为90°。在其他的一些实施方式中，第二公台肩13的接触面131和第二母台肩23的接触面231与整体式油套管螺纹接头的轴向之间夹角也可以是75°～90°范围内的任意角度。

图8示意性地显示了本发明所述的整体式油套管螺纹接头在又一些实施方式下的结构。图9示意性地显示了两个图8所示的整体式油套管螺纹接头连接后的结构。

由图8和图9可以看出，并在必要时结合图1，在又一些实施方式中，本发明所述的整体式油套管螺纹接头的长度方向上的两端可以为加厚部，加厚部的壁厚大于整体式油套管螺纹接头上非加厚部的壁厚，以便提高本发明所述的整体式油套管螺纹接头的连接强度和连接效率。

实施例1-2

表1-1和表1-2列出了实施例1-2的整体式油套管螺纹接头的设计参数。

表1-1.

表1-2.

实施例1-2的整体式油套管螺纹接头均采用双台肩结构，其台肩结构如图6所示。

对实施例1-2的整体式油套管螺纹接头进行了性能测试。结果表明，实施例1的整体式油套管螺纹接头的接头连接效率达到80％，可以满足50mpa气密封要求，接头抗扭性能达到5000ft.lb。实施例2的整体式油套管螺纹接头的接头连接效率达到58％，可以满足40mpa气密封要求，接头抗扭性能达到6000ft.lb。

由此可见，本发明通过采用整体式以及台肩结构设计，使得本发明所述的整体式油套管螺纹接头具有较高的连接强度和连接效率，并具有较好的气密封性能和抗扭性能，能够实现无接箍连接，从而为井下作业提供最大的环境空间。

需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。

此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。