专利名称：具有三个扭矩台肩的螺纹接头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种螺纹接头，特别是一种油、套管螺纹接头，属于油井管螺 纹连接技术领域。
背景技术：
油、套管是开采石油和天然气所必须的石油专用管材，上百根油、套管通过螺纹连 接起来，组成一个长达数千米的管柱，管柱需要承受很大的拉伸载荷和内部流体压力，接头 部位是最为薄弱的环节，有很多失效事故都是发生在接头连接部位。因此，提高接头部位的 连接性能是各个油、套管生产厂家特别关注的技术难题。目前，油、套管采用的接头通常是 API接头，其基本结构见附图1。该接头是一种标准接头，按照API (美国石油学会)标准加 工制造。该接头具有很多优点，如技术成熟、加工简单等，但是该接头的缺点也 很明显，主要 缺点之一是抗扭性能差，扭矩完全由锥管螺纹承担，扭矩越大，外螺纹旋进内螺纹的长度就 越长，直至发生“造扣”，损坏螺纹；另外，应力集中非常严重，在啮合螺纹的两端，应力特别 高，中间的啮合螺纹应力却很低，属于典型的马鞍形分布，因此极容易发生粘扣、应力腐蚀。 API接头不能满足某些苛刻钻井条件的需求。经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开 号为CN2575286Y，
公开日为2003年9月24日，实用新型专利名称为“油、套管螺纹接头”， 该专利对上述API螺纹进行了改进，增加了一个扭矩台肩。该实用新型由外螺纹件和内螺 纹件通过螺纹连接而成其螺纹为改进的偏梯形螺纹，外螺纹件前端倒成-9°或-15°角， 与内螺纹件的-9°或-15°台肩过盈配合，分担一部分扭矩，同时还起辅助密封作用。该实 用新型的扭矩有螺纹和扭矩台肩共同分担，抗扭性能比API接头有显著提高，但应力集中 的问题没有根本解决。中国专利公开号为CN 200992958Y,
公开日为2007年12月19日，实用新型专利名 称为“一种双台肩抗扭接头”，该专利对现有技术进一步改进，提供了一种具有更高抗扭性 能的油、套管螺纹接头。该接头通过将一个台肩一分为二的办法，解决了一个台肩难以增加 厚度的难题。由于结构改进，这种接头的抗扭能力进一步提高，密封性能尤其是气密封性能 也有所增强，但是同样没有解决接头的应力集中难题。
发明内容本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种具有三个扭矩台肩的螺纹接头，以 解决现有接头抗扭性能差及应力集中程度高的难题。按照本实用新型提供的技术方案，所述具有三个扭矩台肩的螺纹接头，包括内螺 纹件和外螺纹件，其特征是在内螺纹件的内壁加工有前段内螺纹和后段内螺纹，在前段内 螺纹和后段内螺纹之间设置中部直角台肩，在后段内螺纹和内部直角台肩之间设置一个内 锥面密封结构；同时，在内螺纹件的最前端设置一个斜端面；在外螺纹件的外壁相应地加 工有后段外螺纹和前段外螺纹，在前段外螺纹和后段外螺纹之间设置中间直角台肩，在前 段外螺纹和端面直角台肩之间加工有外锥面密封结构；同时，在外螺纹件的最后端相应地设置一个斜台肩；接头使用时，斜端面与斜台肩、中部直角台肩与中间直角台肩、内部直角 台肩与端面直角台肩分别形成过盈配合。中部直角台肩的厚度为A，中间直角台肩的厚度为B，B = A-0. 25mm ；A值根据接头 外径的不同，取2 5mm之间的数值。后段内螺纹和前段外螺纹的锥度相同，均为1: α，其 中α > 32 ；前段内螺纹和后段外螺纹的锥度相同，为1: β，其中β ^ 32。与现有技术相比，本实用新型有显著进步，具体表现在1)内、外螺纹有一段变成 两段，使螺纹应力分布的形状发生了改变，缓和了应力集中，同时，螺纹的上扣速度提高了 一倍；2)内、外螺纹锥度更加平缓，螺纹的过盈量 小，分担的扭矩小，应力相应减小；3)接头 的扭矩由螺纹和三个扭矩台肩同时承担，抗扭能力显著提高；4)密封性能除了由主密封承 担外，还有三个辅助密封结构，密封可看性也明显增强。
图1是普通API螺纹接头图2是本实用新型连接示意图图中1、内螺纹件，2、内部直角台肩，3、内锥面密封结构，4、后段内螺纹，5、中部直 角台肩，6、前段内螺纹，7、斜端面，8、外螺纹件，9、斜台肩，10、后段外螺纹，11、中间直角台 肩，12、前段外螺纹，13、外锥面密封结构，14、端面直角台肩。
具体实施方式
本实用新型包括内螺纹件1和外螺纹件8，在内螺纹件1的内壁加工有前段内螺纹 6和后段内螺纹4，在前段内螺纹6和后段内螺纹4之间设置中部直角台肩5，在后段内螺纹 4和内部直角台肩2之间设置一个内锥面密封结构3 ；同时，在内螺纹件1的最前端设置一 个斜端面7 ；在外螺纹件8的外壁相应地加工有后段外螺纹10和前段外螺纹12，在前段外 螺纹12和后段外螺纹10之间设置中间直角台肩11，在前段外螺纹12和端面直角台肩14 之间加工有外锥面密封结构13 ；同时，在外螺纹件1的最后端相应地设置一个斜台肩9 ；接 头使用时，斜端面7与斜台肩9、中部直角台肩5与中间直角台肩11、内部直角台肩2与端 面直角台肩14分别形成过盈配合。中部直角台肩5的厚度为A，中间直角台肩11的厚度为B，B = A-0. 25mm ;A值根 据接头外径的不同，取2 5mm之间的数值。通过控制A的数值，就可以控制中间直角台肩 11所分担的扭矩值。为了进一步减少螺纹部位的应力集中，本新型接头对螺纹的锥度也进行了优化， 后段内螺纹4和前段外螺纹12的锥度相同，为1: α，其中α = 32 ⑴；前段内螺纹6和 后段外螺纹10的锥度相同，为1: β，其中β =32 ⑴。这样，两段螺纹的锥度都比普通接 头的小(锥度都是1:16)，螺纹的过盈量也相应减小，螺纹的应力同时减小。制造时，内螺纹件1和外螺纹件8都直接加工在管子上，没有接箍。接头使用时， 内螺纹件1与外螺纹件8紧密配合，内螺纹件1的斜端面7、前段内螺纹6、中部直角台肩5、 后段内螺纹4、内锥面密封结构3、内部直角台肩2分别与外螺纹件8的斜台肩9、后段外螺 纹10、中间直角台肩11、前段外螺纹12、外锥面密封结构13、端面直角台肩14形成过盈配
I=I O[0015]对于普通的螺纹来说，内、外螺纹都是一段，而不是两段，内、外螺纹啮合后应力分 布呈中间低两端高的马鞍形，在螺纹两端形成两个应力集中区域。而对于本实用新型接头 来说，螺纹由中间台肩分成了两段，马鞍形中部的低应力区也产生了较高的应力，应力分布 更加均勻。解决了普通接头应力集中程度高的技术难题，同时，使接头的上扣速度提高了一 倍，便于用户操作。对于现有技术中的普通接头来说，扭矩完全由螺纹承担，或者由螺纹何 扭矩台肩承担，但台肩不超过两个，本实用新型接头的扭矩由三个扭矩台肩承担，抗扭性能 显著提高，也解决了接头的抗扭问题。对于密封性能，本实用新型设计了专门的密封结构，内锥面密封结构3与外锥面 密封结构13发生过盈配合，作为主要密封结构，斜端面7与斜台肩9、中部直角台肩5和中 间直角台肩11、内部直角台肩2与端面直角台肩14都产生过 盈配合，起辅助密封作用。因此，本实用新型接头不但解决的现有技术中，接头抗扭能力差、应力集中程度高 的技术难题，而且密封可靠性也显著增强。本实用新型的第一个实施例是用于Φ73. 0X5. 51mm的油管，钢级为L80。其内螺 纹件及外螺纹件的几何尺寸包括外径、壁厚等均采用标准值，加厚部位的加厚尺寸值也采 用API标准的规定。油管材料满足API标准对L80钢级油管材料的要求，其内螺纹和外螺 纹均采用圆柱螺纹，中部直角台肩5的厚度3. 5mm，中间直角台肩11的厚度为3. 25mm。对 于同样规格、钢级的API油管，其最大允许上扣扭矩是2425N-m，本实用新型的最大允许上 扣扭矩可达8340N-m。同样规格、钢级的API油管，最多允许装卸6次，接头就要报废，本实 用新型至少允许装卸50次。同时，接头连接强度大于管体，气密封能力达到73Mpa以上。本实用新型的第二个实施例是用于Φ 101. 6X6. 65mm的油管，钢级为C90。其内螺 纹件及外螺纹件的几何尺寸包括外径、壁厚等均采用标准值，加厚部位的加厚尺寸值也采 用API标准的规定。油管材料满足API标准对C90钢级油管材料的要求，其内螺纹和外螺 纹均采用圆柱螺纹，中部直角台肩5的厚度4. 5mm，中间直角台肩11的厚度为4. 25mm。对 于同样规格、钢级的API油管，其最大允许上扣扭矩是6560N-m，本实用新型的最大允许上 扣扭矩可达21800N-m。同样规格、钢级的API油管，最多允许装卸6次，接头就要报废，本实 用新型至少允许装卸50次。同时，接头连接强度大于管体，气密封能力达到72Mpa以上。一般的锥管螺纹以一定的扭矩拧紧后，内、外螺纹过盈配合，产生很高的应力，应 力分布很不均勻，呈两头高、中间低的马鞍形分布。本实用新型将同样长度的内、外螺纹分 成两段，这样应力集中点有两个分解成三个，大大缓解了应力集中程度。同时，在两段螺纹 的分界处设置一个扭矩台肩，共有三个扭矩台肩分担扭矩。这样，既可以解决现有接头抗扭 性能差的技术难题，也可以解决应力集中程度高的难题。该接头适合于在作业条件非常苛 刻的情况下使用。
权利要求一种具有三个扭矩台肩的螺纹接头，包括内螺纹件(1)和外螺纹件(8)，其特征是在内螺纹件(1)的内壁加工有前段内螺纹(6)和后段内螺纹(4)，在前段内螺纹(6)和后段内螺纹(4)之间设置中部直角台肩(5)，在后段内螺纹(4)和内部直角台肩(2)之间设置一个内锥面密封结构(3)；同时，在内螺纹件(1)的最前端设置一个斜端面(7)；在外螺纹件(8)的外壁相应地加工有后段外螺纹(10)和前段外螺纹(12)，在前段外螺纹(12)和后段外螺纹(10)之间设置中间直角台肩(11)，在前段外螺纹(12)和端面直角台肩(14)之间加工有外锥面密封结构(13)；同时，在外螺纹件(8)的最后端相应地设置一个斜台肩(9)；接头使用时，斜端面(7)与斜台肩(9)、中部直角台肩(5)与中间直角台肩(11)、内部直角台肩(2)与端面直角台肩(14)分别形成过盈配合。
2.如权利要求1所述具有三个扭矩台肩的螺纹接头，其特征在于中部直角台肩(5) 的厚度为A，中间直角台肩(11)的厚度为B，B = A-0. 25mm ；A = 2 5mm。
3.如权利要求1所述具有三个扭矩台肩的螺纹接头，其特征在于后段内螺纹(4)和 前段外螺纹(12)的锥度相同，均为1 α，其中α ^ 32 ；前段内螺纹(6)和后段外螺纹 (10)的锥度相同，为1 β，其中β彡32。
专利摘要一种具有三个扭矩台肩的螺纹接头，属于油井管螺纹连接技术领域。按照本实用新型提供的技术方案，在内螺纹件的内壁加工有前段内螺纹和后段内螺纹，在前段内螺纹和后段内螺纹之间设置中部直角台肩，在后段内螺纹和内部直角台肩之间设置一个内锥面密封结构；在内螺纹件的最前端设置一个斜端面；在外螺纹件的外壁相应地加工有后段外螺纹和前段外螺纹，在前段外螺纹和后段外螺纹之间设置中间直角台肩，在前段外螺纹和端面直角台肩之间加工有外锥面密封结构；同时，在外螺纹件的最后端相应地设置一个斜台肩；该接头拧紧后，由于螺纹由中间台肩分成了两段，上扣速度提高了一倍，同时，抗扭性能显著提高。
文档编号F16L15/00GK201568662SQ20092023629
公开日2010年9月1日 申请日期2009年9月27日 优先权日2009年9月27日
发明者张毅, 高连新 申请人:无锡西姆莱斯石油专用管制造有限公司