专利名称：石油天然气工业用管螺纹接头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种石油天然气工业用管螺纹接头。
背景技术：
石油天然气工业用管螺纹接头一般由螺纹、密封以及扭矩台肩三部分的结构构 成。多年来，人们一直通过不断的改进接头的螺纹、密封及扭矩台肩，以达到强度和气密封 设计要求。在螺纹设计方面，完全采用API偏梯形螺纹，对于大直径厚壁高钢级套管，会出现 螺纹滑脱现象，因此选择合适的螺纹侧面角和齿高与螺距比极为重要。在密封设计方面，接箍型螺纹有单密封和多密封两种，国内公布的密封设计主要 采用单密封结构，近年来多密封结构逐渐增多，美国多采用多密封结构。为了保证良好的密 封性能，采用单密封必须增加密封过盈量、增加密封长度或两者同时增加，这就要求极高的 加工精度，而且易发生粘扣现象。采用多密封结构可以减少单密封的弊端，但现有多密封结 构未将两个密封面进行隔离，其效果与单密封相同，密封的可靠性不足。采用双扭矩台肩的 多密封虽然分开了密封面，但加工难度大，成品率低。
实用新型内容本实用新型是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种连接性能高，加工难度 小，密封稳定性好的石油天然气工业用管螺纹接头。本实用新型通过下述技术方案实现—种石油天然气工业用管螺纹接头，由端部带有外螺纹的管体和端部带有内螺纹 的接箍连接而成，其特征在于，所述管体的外螺纹和接箍的内螺纹为相互配合的偏梯形螺 纹，齿高与螺距的比为0.25 0.35，承载面角为-15 3°，导向面角为10 50°，螺纹啮 合后齿顶与齿底之间存在间隙；在螺纹侧面管体与接箍之间的密封部分依次设置有第一柱 面过渡区、柱形密封区、第二柱面过渡区、锥形密封区、锥面过渡区，所述锥形密封区两锥面 的锥度相同；所述锥面过渡区的端部为扭矩台肩。所述管体上外螺纹侧面的密封部分依次为第一外柱形过渡面、外柱形密封面、第 二外柱形过渡面、外锥形密封面、外锥形过渡面，所述外锥形过渡面与外扭矩台肩面连接， 所述接箍上内螺纹侧面的密封部分依次为第一内柱形面、第二内柱形面、内锥形面，所述内 锥形面与内扭矩台肩面连接，所述第一外柱形过渡面与所述第一内柱形面之间留有间隙形 成所述第一柱面过渡区，所述外柱形密封面与所述第二内柱形面之间通过过盈配合形成所 述柱形密封区，所述第二外柱形过渡面与所述第二内柱形面之间留有间隙形成所述第二过 渡区，所述外锥形密封面与所述内锥形面之间通过过盈配合形成所述锥形密封区，所述外 锥形过渡面与所述内锥形面之间留有间隙形成所述锥面过渡区，所述外锥形密封面与所述 内锥形面的锥度角相同，所述外扭矩台肩面和内扭矩台肩面与管体轴线垂直面的夹角分别 为-30 0°。[0009]所述柱形密封区为高过盈、小密封长度结构，所述锥形密封区为低过盈、大密封长 度结构。所述柱形密封区的径向过盈量为0. 3 1. 5mm,柱形密封区的密封长度大于螺 距的一半；所述锥形密封区的径向过盈量为0. 1 0. 5mm，锥形密封区的密封长度为2 IOmm0螺纹部分直径方向上锥度为1 20 1 10。所述外锥形过渡面的锥度角为30 60°。所有不连续面均采用圆弧过渡，过渡半径为0. 3 1mm。螺纹啮合后齿顶与齿底之间的间隙大小为0. 05 0. 2mm。所述外锥形密封面与所述内锥形面的锥度角均为10 20°。本实用新型具有下述技术效果1、本实用新型的管螺纹接头通过采用改进的API偏梯形螺纹，提高了螺纹连接的 强度，能够避免出现螺纹滑脱现象。2、本实用新型的管螺纹接头采用柱面和锥面的复合密封结构，并通过柱面过渡区 将两个密封面有效隔离，保证了密封的可靠性。3、本实用新型的管螺纹接头所有不连续面采用圆弧过渡，减小了应力集中，避免 引起脆性材料断裂使物体产生疲劳裂纹，提高了连接强度。4、本实用新型的管螺纹接头采用柱面和锥面的复合密封结构，对加工的精度要求 不高，降低了加工难度，便于大规模实施，有利于提高生产效率，降低生产成本，提高成品率。5、本实用新型的管螺纹接头当内螺纹和外螺纹啮合时，除密封部分存在干涉外， 其它部分均存在一定的间隙，可以减小螺纹粘扣趋势。
图1是本实用新型石油天然气工业用管螺纹接头的整体示意图；图2是本实用新型密封部位局部放大示意图；图3是接箍部分的内螺纹结构示意图；图4是管体部分的外螺纹结构示意图；图5是螺纹形状结构示意图；图6是螺纹啮合示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实用新型石油天然气工业用管螺纹接头的示意图如图1-图6所示，由端部带有 外螺纹15的管体2和端部带有内螺纹10的接箍1连接而成。所述管体2上的外螺纹15和 接箍1上的内螺纹10为相互配合的偏梯形螺纹，齿高与螺距的比为0. 25 0. 35，承载面角 t2为-15 3°，导向面角tl为10 50°，以保证不同规格尺寸和不同钢级螺纹连接性 能。外螺纹和内螺纹啮合后齿顶与齿底之间存在间隙13，间隙13的大小为0. 05 0. 2mm。 螺纹部分直径方向上锥度为1 20 1 10。在螺纹侧面管体与接箍之间的密封部分依次设置有第一柱面过渡区4、柱形密封区5、第二柱面过渡区6、锥形密封区7、锥面过渡区8， 所述锥形密封区两锥面的锥度相同。所述锥面过渡区8的端部为扭矩台肩9。第一柱面过 渡区4实现管体外螺纹15和接箍内螺纹10与柱形密封区5的过渡，避免啮合对螺纹面的 损伤。第二柱面过渡区6实现柱面密封区5与锥形密封区7的有效隔离。锥面过渡区8实 现管体与接箍的光滑过渡，保证接头密封质量。扭矩台肩9用于螺纹连接的定位并且吸收 过高的上扣扭矩。所有过度面均可吸收多余螺纹脂，降低螺纹脂对金属密封的影响。为了避免应力集中，所有不连续面均采用圆弧过渡，过渡半径Rl、R2、R3为0. 3 Imm0过渡区和密封区的设计通过管体和接箍的下述结构实现所述管体2上外螺纹15 侧面的密封部分依次为第一外柱形过渡面16、外柱形密封面17、第二外柱形过渡面18、外 锥形密封面19、外锥形过渡面20，所述外锥形过渡面20与外扭矩台肩面21连接。所述接 箍1上内螺纹10侧面的密封部分依次为第一内柱形面11、第二内柱形面12、内锥形面13， 所述内锥形面13与内扭矩台肩面14连接。所述第一外柱形过渡面16与所述第一内柱形 面11之间留有间隙形成所述第一柱面过渡区4。所述外柱形密封面17与所述第二内柱形 面12之间通过过盈配合形成所述柱形密封区5，实现金属对金属的密封作用。所述第二外 柱形过渡面18与所述第二内柱形面12之间留有间隙形成所述第二过渡区6。所述外锥形 密封面19与所述内锥形面13之间通过过盈配合形成所述锥形密封区7，实现金属对金属 的密封作用。所述外锥形过渡面20与所述内锥形面13之间留有间隙形成所述锥面过渡 区8，所述外锥形密封面19与所述内锥形面13的锥度角相同，所述外锥形密封面与所述内 锥形面的锥度角均为10 20°，即ps3 = bs3 = 10 20°。所述外扭矩台肩面21与管 体轴线垂直面的夹角为psl，内扭矩台肩面14与管体轴线垂直面的夹角为bsl，bsl = psl =-30 0°。其中，所述柱形密封区为高过盈、小密封长度结构，以避免因轴向载荷导致的密封 性能降低。所述柱形密封区的径向过盈量12 —般为0. 3 1. 5mm，柱形密封区的密封长度 1^2大于螺距的一半。所述锥形密封区为低过盈、大密封长度结构，锥面密封可以降低密封面 粘接趋势。所述锥形密封区的径向过盈量Il 一般为0. 1 0. 5mm，锥形密封区的密封长度 bl 为 2 10mm。所述外锥形过渡面20的锥度角ps2为30 60°。以下分别以88. 9X6. 45mm油管和177. 8X9. 19mm套管作为实施例进行详细说明。实施例1 88. 9X6. 45mm 油管螺距为4. 2mm,外螺纹齿高为1mm，内螺纹齿高1. Imm,内螺纹齿高与螺距的比为 0. 26，内螺纹与外螺纹之间相差0. 1mm，当内螺纹与外螺纹啮合时，由于齿高存在差异，使 得内螺纹齿底与外螺纹齿顶存在间隙13 = 0. 1mm。承载面角t2 = -10°，导向面角tl = 30°，倒角 Rl = 0. 3mm,R2 = 0. 6mm,psl = bsl = -10°，ps2 = 30°，ps3 = bs3 = 10°， bl = 3mm, b2 = 2. 5mm, R3 = 0. 5mm, Il = 0. 2mm, 12 = 0. 3mm。螺纹部分直径方向上锥度 为 1/16。实施例2 177. 8X9. 19mm 套管螺距为5. 08mm,外螺纹齿高为1. 47mm,内螺纹齿高1. 57mm,内螺纹齿高与螺距比 为0. 31，内螺纹与外螺纹之间相差0. Imm,当内螺纹与外螺纹啮合时，由于齿高存在差异，
5使得内螺纹齿底与外螺纹齿顶存在间隙13 = 0. 1mm，承载面角t2 = 3°，导向面角tl = 10°，倒角 Rl = 0. 5mm, R2 = 0. 8mm, psl = bsl = 0°，ps2 = 45°，ps3 = bs3 = 14°， bl = 5mm, b2 = 3mm, R3 = 0. 5mm, 11=0. 4mm, 12 = 0. 6mm。螺纹部分直径方向上锥度为 1/16。 本实用新型的管螺纹接头适用于石油天然气工业用油管、套管，可用于高压油井 及高压气井。由于本实用新型性能可靠、加工难度小，可用于所有对密封性要求较高的油、 气井，尤其高压油、气井，此外，对于高钢级和大壁厚套管更为有效，应用前景广阔。
权利要求1.一种石油天然气工业用管螺纹接头，由端部带有外螺纹的管体和端部带有内螺纹的 接箍连接而成，其特征在于，所述管体的外螺纹和接箍的内螺纹为相互配合的偏梯形螺纹， 齿高与螺距的比为0.25 0.35，承载面角为-15 3°，导向面角为10 50°，螺纹啮合 后齿顶与齿底之间存在间隙；在螺纹侧面管体与接箍之间的密封部分依次设置有第一柱面 过渡区、柱形密封区、第二柱面过渡区、锥形密封区、锥面过渡区，所述锥形密封区两锥面的 锥度相同；所述锥面过渡区的端部为扭矩台肩。
2.根据权利要求1所述的石油天然气工业用管螺纹接头，其特征在于，所述管体上外 螺纹侧面的密封部分依次为第一外柱形过渡面、外柱形密封面、第二外柱形过渡面、外锥形 密封面、外锥形过渡面，所述外锥形过渡面与外扭矩台肩面连接，所述接箍上内螺纹侧面的 密封部分依次为第一内柱形面、第二内柱形面、内锥形面，所述内锥形面与内扭矩台肩面连 接，所述第一外柱形过渡面与所述第一内柱形面之间留有间隙形成所述第一柱面过渡区， 所述外柱形密封面与所述第二内柱形面之间通过过盈配合形成所述柱形密封区，所述第二 外柱形过渡面与所述第二内柱形面之间留有间隙形成所述第二过渡区，所述外锥形密封面 与所述内锥形面之间通过过盈配合形成所述锥形密封区，所述外锥形过渡面与所述内锥形 面之间留有间隙形成所述锥面过渡区，所述外锥形密封面与所述内锥形面的锥度角相同， 所述外扭矩台肩面和内扭矩台肩面与管体轴线垂直面的夹角分别为-30 0°。
3.根据权利要求1或2所述的石油天然气工业用管螺纹接头，其特征在于，所述柱形密 封区为高过盈、小密封长度结构，所述锥形密封区为低过盈、大密封长度结构。
4.根据权利要求3所述的石油天然气工业用管螺纹接头，其特征在于，所述柱形密封 区的径向过盈量为0. 3 1. 5mm，柱形密封区的密封长度大于螺距的一半；所述锥形密封区 的径向过盈量为0. 1 0. 5mm，锥形密封区的密封长度为2 10mm。
5.根据权利要求3所述的石油天然气工业用管螺纹接头，其特征在于，螺纹部分直径 方向上锥度为1 20 1 10。
6.根据权利要求3所述的石油天然气工业用管螺纹接头，其特征在于，所述外锥形过 渡面的锥度角为30 60°。
7.根据权利要求3所述的石油天然气工业用管螺纹接头，其特征在于，所有不连续面 均采用圆弧过渡，过渡半径为0. 3 1mm。
8.根据权利要求3所述的石油天然气工业用管螺纹接头，其特征在于，螺纹啮合后齿 顶与齿底之间的间隙大小为0. 05 0. 2mm。
9.根据权利要求3所述的石油天然气工业用管螺纹接头，其特征在于，所述外锥形密 封面与所述内锥形面的锥度角均为10 20°。
专利摘要本实用新型公开了一种石油天然气工业用管螺纹接头，旨在提供一种连接性能高，加工难度小，密封稳定性好的管螺纹接头。管体的外螺纹和接箍的内螺纹为偏梯形螺纹，齿高与螺距的比为0.25～0.35，承载面角为-15～3°，导向面角为10～50°，螺纹啮合后齿顶与齿底之间存在间隙；在螺纹侧面管体与接箍之间的密封部分依次设置有第一柱面过渡区、柱形密封区、第二柱面过渡区、锥形密封区、锥面过渡区，锥面过渡区的端部为扭矩台肩。本实用新型的接头采用改进的API偏梯形螺纹，提高了螺纹连接的强度。采用柱面和锥面的复合密封结构，并通过柱面过渡区将两个密封面有效隔离，保证了密封的可靠性。降低了加工难度，提高了生产效率和成品率，降低了成本。
文档编号F16L19/00GK201818929SQ20102025065
公开日2011年5月4日 申请日期2010年7月7日 优先权日2010年7月7日
发明者张宝, 李淑琴 申请人:天津天钢石油专用管制造有限公司