一种二级阶梯式管道螺纹接头的制作方法

本实用新型属于石油钻采行业用管道连接技术领域，具体涉及一种二级阶梯式管道螺纹接头。

背景技术：

目前的油套管市场上应用最为广泛的螺纹是按照API标准进行加工及检验，此种螺纹接头具有很多优点，比如技术成熟，互换性强，结构简单，加工成本较低等。但是经过多年的市场反馈，也同时存在很多不足之处，比如上扣过程无法精确控制，容易造成粘扣；在螺纹的头部与尾部应力较为集中，在腐蚀环境中容易产生应力腐蚀；拧接圈数多，上扣效率低等。

技术实现要素：

针对以上技术缺陷，本实用新型提供一种具有二级螺纹及三级密封面的管道螺纹接头，能够实现精确上扣、快速上扣、应力分布均匀等功能。

本实用新型采用的技术方案为：一种二级阶梯式管道螺纹接头，包括内螺纹接头和外螺纹接头，内螺纹接头和外螺纹接头的连接方式为二级阶梯式螺纹连接，内螺纹接头包括一级内螺纹、二级内螺纹、一级内密封面、二级内密封面和三级内密封面，对应地，在外螺纹接头上设计有与内螺纹接头上结构相吻合的一级外螺纹、二级外螺纹、一级外密封面、二级外密封面和三级外密封面，一级内密封面与一级外密封面两者之间和二级内密封面与二级外密封面两者之间形成的对接面分别位于接头的两端，三级内密封面和三级外密封面之间形成的对接面位于两级螺纹连接之间的过渡部位，三级内密封面和三级外密封面之间形成的对接面为垂直于管道轴线的垂直面，一级内螺纹和一级外螺纹两者之间与二级内螺纹和二级外螺纹两者之间分别形成的两级阶梯式螺纹连接为直螺纹连接，没有锥度，二级内密封面与二级外密封面的结合形状为楔形结构，形成外螺纹接头楔入内螺纹接头的形态。

优选地，一级内密封面、一级外密封面、二级内密封面和二级外密封面均设计为无棱角面，所有面与面之间的过渡均为圆弧面相切过渡。

优选地，一级内密封面与水平线之间的夹角14°，一级外密封面为半径200-300mm的圆弧面，优选为200mm的圆弧面。

优选地，二级内密封面和二级外密封面均与垂线之间的夹角为反向30°。

优选地，螺纹包括螺纹导向面和螺纹承载面，螺纹导向面与垂线之间的夹角为18-20°，螺纹承载面与垂线之间的夹角为-5-10°。

优选地，螺纹导向面与垂线之间的夹角为20°，螺纹承载面与垂线之间的夹角为7.5°。

优选地，三级外密封面到一级外密封面的顶端水平距离为L1，三级内密封面到一级内密封面的顶端水平距离为L2，L1与L2之间的长度关系为L2＝L1+1mm。

优选地，在接头部位为管道的加厚端，壁厚为T，未加厚部位的毛管壁厚为t、外径尺寸为d，根据管壁厚度的不同，将螺纹设计加工为不同的螺距，三种螺距为：4牙/in、6牙/in和8牙/in，适用以下条件：

当t≤6mm时，螺距为8牙/in；

当t＞6mm时分为三种情况：①t/d＜0.1，螺距为8牙/in；②0.1≤t/d＜0.15，螺距为6牙/in；③t/d≥0.15，螺距为4牙/in。

优选地，根据三种不同螺距，为保证足够的拧接长度，设计不同的螺纹长度L；螺距为4牙/in时，L＝100～130mm；螺距为6牙/in时，L＝80～100mm；螺距为8牙/in时，L＝50～80mm；同时为保证足够的连接强度，根据三种不同螺距设计不同的管道厚度比，螺距为4牙/in及6牙/in时，T/t≥2；螺距为8牙/in时，1.8＜T/t＜2。

本实用新型具有的有益效果有以下几点：

1、上扣速度快。螺纹部分由两级阶梯式螺纹组成，上扣时这两级螺纹同时参与上扣，因此上扣速度较API螺纹提高一倍。

2、接头的循环使用次数多。上扣过程中螺纹不产生过盈量，因此螺纹不容易产生损坏，接头的上卸扣次数可以达到50次。而API标准的螺纹接头，对油管的上卸扣次数要求为9次，对套管的上卸扣次数要求为3次。

3、密封性能强。一级密封面为主密封面，二级、三级密封面为辅助密封面，并且一级与三级密封面形成楔形结构。在三级密封与楔形密封的双重作用下，保证了螺纹接头的超高密封性能。

4、可实现上扣过程精确控制。三级密封面在作为辅助密封面的同时，最主要是作为扭矩台阶而设计的。上扣过程以三级内外螺纹密封面的对顶接触而结束，可以实现上扣的精确控制。

5、应力分布均匀。螺纹为直螺纹，因此不产生过盈量，所有过盈量分布于三级密封面上，可以实现应力分布的均匀，不容易产生应力腐蚀。

附图说明

图1为本实用新型的内螺纹接头结构示意图；

图2为本实用新型的外螺纹接头结构示意图；

图3为本实用新型接头拧接后的具体结构示意图；

图4为本实用新型的二级外密封面的结构示意图；

图5为本实用新型的二级内密封面的结构示意图；

图6为本实用新型的一级外密封面的结构示意图；

图7为本实用新型的螺纹牙型的结构示意图。

图中：1-内螺纹接头；11-一级内螺纹；12-二级内螺纹；13-一级内密封面；14-二级内密封面；15-三级内密封面；2-外螺纹接头；21-一级外螺纹；22-二级外螺纹；23-一级外密封面；24-二级外密封面；25-三级外密封面。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步描述，如图1至7所示，本实用新型提供一种二级阶梯式管道螺纹接头，具有二级螺纹及三级密封面，包括内螺纹接头1和外螺纹接头2，内螺纹接头1和外螺纹接头2的连接方式为二级阶梯式螺纹连接，内螺纹接头1包括一级内螺纹11、二级内螺纹12、一级内密封面13、二级内密封面14和三级内密封面15，对应地，在外螺纹接头2上设计有与内螺纹接头1上结构相吻合的一级外螺纹21、二级外螺纹22、一级外密封面23、二级外密封面24和三级外密封面25，一级内密封面13与一级外密封面23两者之间和二级内密封面14与二级外密封面24两者之间形成的对接面分别位于接头的两端，三级内密封面15和三级外密封面25之间形成的对接面位于两级螺纹连接之间的过渡部位，三级内密封面15和三级外密封面25之间形成的对接面为垂直于管道轴线的垂直面，一级内螺纹11和一级外螺纹21两者之间与二级内螺纹12和二级外螺纹22两者之间分别形成的两级阶梯式螺纹连接为直螺纹连接，没有锥度，二级内密封面14与二级外密封面24的结合形状为楔形结构，形成外螺纹接头2楔入内螺纹接头1的形态。

为避免内外螺纹密封面接触时因存在棱角结构导致出现应力集中从而产生材料粘结的不利因素，所以一级内密封面13、一级外密封面23、二级内密封面14和二级外密封面24均设计为无棱角面，所有面与面之间的过渡均为圆弧面相切过渡。

一级内密封面13与水平线之间的夹角14°，一级外密封面23为半径200-300mm的圆弧面，优选为200mm的圆弧面。当一级内密封面13和一级外密封面23拧接接触时，由于接触面积小于两者均是平面的接触面积，因此在相同的拧接力的作用下，圆弧面型的一级外密封面13会与一级内密封面23贴合应力更大，保证了螺纹接头的超高密封性能。

更进一步地，二级内密封面14和二级外密封面24均与垂线之间的夹角为反向30°。螺纹导向面与垂线之间的夹角为18-20°，优选为20°；螺纹承载面与垂线之间的夹角为-5-10°，优选为7.5°。

更进一步地，三级外密封面25到一级外密封面23的顶端水平距离为L1，三级内密封面15到一级内密封面13的顶端水平距离为L2，L1与L2之间的长度关系为L2＝L1+1mm。

根据实验发现，为实现拧接时管道密封效果达到最优，内外螺纹拧接时密封面产生过盈量大小的顺序应为一级密封面＞二级密封面＞三级垂直密封面，因此为保证拧接时能达到设计的过盈顺序及过盈量，对管道的厚度及外径尺寸、螺纹长度做最优设计，设定在接头部位为管道的加厚端，壁厚为T，未加厚部位的毛管壁厚为t、外径尺寸为d，根据管壁厚度的不同，将螺纹设计加工为不同的螺距，三种螺距为：4牙/in、6牙/in和8牙/in，适用以下条件：

当t≤6mm时，螺距为8牙/in；

当t＞6mm时分为三种情况：①t/d＜0.1，螺距为8牙/in；②0.1≤t/d＜0.15，螺距为6牙/in；③t/d≥0.15，螺距为4牙/in。

根据三种不同螺距，为保证足够的拧接长度，设计不同的螺纹长度L；螺距为4牙/in时，L＝100～130mm；螺距为6牙/in时，L＝80～100mm；螺距为8牙/in时，L＝50～80mm；同时为保证足够的连接强度，根据三种不同螺距设计不同的管道厚度比，螺距为4牙/in及6牙/in时，T/t≥2；螺距为8牙/in时，1.8＜T/t＜2。

以88.9*6.45mm油管为例，毛管的外径为88.9mm，壁厚为6.45mm。根据本专利的设计，螺距采用8牙/in，加厚端的壁厚T设计为12.9mm，螺纹长度L设计为72mm。螺纹导向面为20°，螺纹承载面为7.5°。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的普通技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化；凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。