專利名稱：一種高抗扭的套管螺紋接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及油井管螺紋連接技術(shù)領(lǐng)域的螺紋接頭，進(jìn)一步地說(shuō)，涉及一種套管螺紋接頭，具體地，涉及一種高抗扭的套管螺紋接頭。
背景技術(shù)：
在四川盆地的海相地層，埋藏有豐富的石油天然氣資源。但海相地層的油氣藏埋藏超深、存在多套壓力系統(tǒng)、地層復(fù)雜，開(kāi)采難度很大。在這種復(fù)雜鉆井條件下，套管下入常常遇阻，需要旋轉(zhuǎn)下套管、同時(shí)施加(沖擊)壓力才能下入，這種情況要求套管接頭具有更高的抗扭強(qiáng)度，同時(shí)需要承受更高的壓縮、沖擊載荷，普通接頭難以滿足要求。目前，石油套管采用的接頭通常是API接頭，其基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)附圖1。該接頭是一種標(biāo)準(zhǔn)接頭，按照API (美國(guó)石油學(xué)會(huì))標(biāo)準(zhǔn)加工制造。API螺紋接頭易于加工，便于檢測(cè)，技術(shù)成熟，在普通油氣井中，這種接頭就能夠滿足使用要求。但在四川盆地的海相地層情況下，需要旋轉(zhuǎn)下套管，API螺紋的抗扭性能滿足不了使用要求，這是因?yàn)楫?dāng)上扣扭矩過(guò)高時(shí)，API螺紋的環(huán)向應(yīng)力很大，從而使API螺紋發(fā)生粘扣，導(dǎo)致失效。此外，眾所周知，API螺紋在較高的內(nèi)壓下密封性很差，尤其是氣密封性能很不可靠。為了克服API螺紋的缺點(diǎn)，很多廠家開(kāi)發(fā)了特殊螺紋接頭，其基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)附圖2。從圖2和圖1對(duì)比可知，特殊螺紋接頭多了一個(gè)扭矩臺(tái)肩和一個(gè)主密封面。從結(jié)構(gòu)上可以看出，API螺紋的扭矩完全由螺紋承擔(dān)，特殊螺紋的扭矩則由螺紋和扭矩臺(tái)肩共同分擔(dān)，因此特殊螺紋的抗扭性能大幅度提高。同時(shí)，由于特殊螺紋設(shè)置了主密封面，專門(mén)承擔(dān)密封作用，因此這種接頭的氣密封性能也有很大改善。公開(kāi)號(hào)為CN2575286Y的中國(guó)專利，
公開(kāi)日為2003年9月24日，專利名稱為“油、套管螺紋接頭”，該專利就是一種典型的特殊螺紋結(jié)構(gòu)。它對(duì)API螺紋進(jìn)行了改進(jìn)。該實(shí)用新型為一種錐形螺紋接頭，由接箍和管子通過(guò)螺紋連接而成:其螺紋為改進(jìn)的偏梯形螺紋，管子前端有一個(gè)圓柱密封面，接箍的螺紋以外有一個(gè)凸起球面密封面，柱面與球面過(guò)盈配合構(gòu)成主密封部分。管子前端倒成-9°或-15°角，與接箍的-9°或-15°臺(tái)肩過(guò)盈配合構(gòu)成副密封部分。與API接頭相比，該專利由于設(shè)計(jì)了柱面/球面形式的金屬密封結(jié)構(gòu)，密封性能提高，同時(shí)由于增加了扭矩臺(tái)肩，抗扭性能也有所提高。其不足之處是只有一個(gè)扭矩臺(tái)肩，抗扭性能提高幅度不夠大。當(dāng)然，增加扭矩臺(tái)肩的厚度也可以提高其抗扭性能。但是，接頭的密封是靠?jī)?nèi)、外密封面的彈性過(guò)盈配合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，柱面/球面形式的金屬密封接觸面積較小，產(chǎn)生的變形抗力也較小。如果增加臺(tái)肩厚度必然會(huì)造成密封接觸處管壁太厚，難以發(fā)生彈性變形，進(jìn)而損壞密封面，因此這個(gè)方法不可行。

實(shí)用新型內(nèi)容為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種高抗扭的套管螺紋接頭，.一種高抗扭的套管螺紋接頭，包括接箍和連接管件，所述接箍4和連接管件之間通過(guò)螺紋連接；所述接頭還包括一組抗扭結(jié)構(gòu)；在所述連接管件的連接端外表面設(shè)置有外螺紋10，且在所述接箍4的內(nèi)表面的相應(yīng)位置處設(shè)置有適配的內(nèi)螺紋5 ;所述一組抗扭結(jié)構(gòu)分別設(shè)置在所述連接管件連接端口處和所述接箍?jī)?nèi)壁表面上；分別設(shè)置在所述接箍和連接管件上的抗扭結(jié)構(gòu)將所述接箍和連接管件之間形成過(guò)盈配合。所述抗扭結(jié)構(gòu)包括接箍上的抗扭單元和所述連接管件上的抗扭單元；所述接箍上的抗扭單元包括內(nèi)螺紋主臺(tái)肩6、內(nèi)錐面7和內(nèi)螺紋輔助臺(tái)肩8 ;所述連接管件上的抗扭單元包括外螺紋主臺(tái)肩11、外錐面12、外螺紋輔助臺(tái)肩13 ;所述內(nèi)螺紋主臺(tái)肩6和外螺紋主臺(tái)肩11的尺寸和形狀適配，所述內(nèi)螺紋輔助臺(tái)肩8和外螺紋輔助臺(tái)肩13的尺寸和形狀適配；所述內(nèi)錐面7和外錐面12的錐度和長(zhǎng)度相同。所述連接管件的抗扭單元的外螺紋輔助臺(tái)肩13設(shè)置在所述連接管件的連接端口上，所述外螺紋主臺(tái)肩11設(shè)置在所述外螺紋10內(nèi)側(cè)，所述外錐面12連接所述外螺紋輔助臺(tái)肩13和外螺紋主臺(tái)肩11 ；所述接箍的抗扭單元的內(nèi)螺紋輔助臺(tái)肩8設(shè)置在所述接箍4連接處最內(nèi)側(cè)，所述內(nèi)螺紋主臺(tái)肩6設(shè)置在所述內(nèi)螺紋5內(nèi)側(cè)；所述內(nèi)錐面7連接所述內(nèi)螺紋輔助臺(tái)肩8和內(nèi)螺紋主臺(tái)肩6 ；所述內(nèi)螺紋5和外螺紋10旋緊，且所述外螺紋主臺(tái)肩11和內(nèi)螺紋主臺(tái)肩6適配緊密貼合；所述外螺紋輔助臺(tái)肩13和內(nèi)螺紋輔助臺(tái)肩8適配緊密貼合；所述內(nèi)錐面7和外錐面12適配緊密貼合；所述內(nèi)螺紋5與外螺紋10、內(nèi)錐面7與外錐面12、內(nèi)螺紋主臺(tái)肩6與外螺紋主臺(tái)肩11、內(nèi)螺紋輔助臺(tái)肩8與外螺紋輔助臺(tái)肩13分別形成過(guò)盈配合。所述內(nèi)螺紋主臺(tái)肩6高度Hl、外螺紋主臺(tái)肩11高度H3相等，為2.5 3.5mm，所述內(nèi)螺紋輔助臺(tái)肩8的高度H2、外螺紋輔助臺(tái)肩13的高度H4相等，為Hl+0.5mm ;且所述內(nèi)螺紋主臺(tái)肩與內(nèi)螺紋輔助臺(tái)肩之間的距離LI和所述外螺紋主臺(tái)肩與外螺紋輔助臺(tái)肩之間的距離L2相等，為5 6謹(jǐn) 。所述內(nèi)錐面7和外錐面12的錐度均為1:12。所述外螺紋10和內(nèi)螺紋5的螺紋為偏梯形螺紋，螺紋齒高為1.475^1.675毫米，螺距每英寸4飛牙，過(guò)盈量為0.255 0.38毫米。具體的，所述外螺紋10和內(nèi)螺紋5的螺紋采用API偏梯形螺紋，螺紋錐度為1:16。所述連接管件為一對(duì)管子9，且所述一對(duì)管子9分別連接于所述接箍4內(nèi)。這樣，接頭擰緊后，內(nèi)螺紋主臺(tái)肩和外螺紋主臺(tái)肩首先接觸，承擔(dān)上扣扭矩，繼續(xù)加大扭矩，等主臺(tái)肩隨上扣扭矩增大發(fā)生一定的塑性變形后，內(nèi)螺紋輔助臺(tái)肩和外螺紋輔助臺(tái)肩再接觸，承擔(dān)繼續(xù)增加的扭矩。本設(shè)計(jì)將一個(gè)扭矩臺(tái)肩分為兩個(gè)，解決了一個(gè)臺(tái)肩難以增厚的難題，扭矩由2個(gè)臺(tái)肩分擔(dān)，降低了應(yīng)力集中，提高了接頭的抗扭能力。與此同時(shí)，為了提高接頭的氣密封性能，在內(nèi)螺紋主臺(tái)肩與內(nèi)螺紋輔助臺(tái)肩之間用內(nèi)錐面過(guò)渡，在外螺紋主臺(tái)肩和外螺紋輔助臺(tái)肩之間用外錐面過(guò)渡，當(dāng)接頭上緊后，內(nèi)錐面與外錐面之間過(guò)盈配合，起到密封的作用。內(nèi)錐面和外錐面的錐度均為1:12。由于內(nèi)外錐面的長(zhǎng)度較長(zhǎng)(5_ 6_)，與球面/柱面密封結(jié)構(gòu)相比，在同樣的接觸壓力下可以產(chǎn)生更大的變形，使該結(jié)構(gòu)的彈性變形能力更好，提高了接頭的密封效果。所述外螺紋件和內(nèi)螺紋件的螺紋為偏梯形螺紋，其設(shè)計(jì)尺寸符合API標(biāo)準(zhǔn)，螺紋齒高為1.475 1.675毫米，螺距每英寸4 6牙，過(guò)盈量為0.255 0.38毫米。本實(shí)用新型總體上采用API偏梯形螺紋的齒型結(jié)構(gòu)，仍然為1:16的錐管螺紋連接形式。本實(shí)施例可以用于本領(lǐng)域常規(guī)使用的套管。具體地，當(dāng)套管螺紋接頭旋緊時(shí)，首先內(nèi)螺紋與外螺紋互相嚙合，隨著旋緊圈數(shù)的增加，內(nèi)螺紋主臺(tái)肩與外螺紋主臺(tái)肩發(fā)生接觸，承擔(dān)上扣扭矩；進(jìn)一步旋緊時(shí)，內(nèi)螺紋輔助臺(tái)肩與外螺紋輔助臺(tái)肩發(fā)生接觸，分擔(dān)上扣扭矩。該套管螺紋接頭在使用時(shí)，內(nèi)錐面與外錐面發(fā)生過(guò)盈配合，提供良好的氣密封性能；兩個(gè)扭矩臺(tái)肩與螺紋共同承擔(dān)扭矩，可顯著提高接頭的抗扭性能，同時(shí)由于螺紋承擔(dān)的扭矩小，使得接頭所受的環(huán)向應(yīng)力低。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型不但具有較高的抗扭性能，接頭抗扭能力可達(dá)到普通API接頭的3 — 3.5倍，而且連接強(qiáng)度高、氣密封性能好，適合用于旋轉(zhuǎn)固井下套管的苛刻工況。本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種適用于旋轉(zhuǎn)固井的高抗扭套管接頭。該接頭重點(diǎn)針對(duì)四川地區(qū)海相地層需要旋轉(zhuǎn)固井下套管的技術(shù)需求，大幅度提高接頭的抗扭能力、抗壓縮(沖擊)性能和氣密封能力?？古つ芰?yīng)可達(dá)到普通API接頭的3倍以上，氣密封能力達(dá)到管體屈服壓力。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有顯著進(jìn)步，具體表現(xiàn)在:I)卓越的抗扭性能。上扣扭矩由螺紋和兩個(gè)扭矩臺(tái)肩共同承擔(dān)，抗扭能力高于API螺紋，也高于普通特殊螺紋接頭，可以達(dá)到普通螺紋的3倍。2)優(yōu)良的抗壓縮性能。當(dāng)接頭承受壓縮載荷時(shí)，壓力由螺紋導(dǎo)向面以及兩個(gè)扭矩臺(tái)肩共同承擔(dān)。3)氣密封性能良好。內(nèi)外錐面的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，使錐面密封結(jié)構(gòu)的彈性變形能力更好，而且接觸壓力均勻分布，提高了接頭的氣密封效果。

附圖1為API螺紋接頭的軸向截面圖；附圖2為普通特殊螺紋接頭的軸向截面圖；附圖3為本實(shí)用新型的套管螺紋接頭的軸向截面圖；其中，附圖標(biāo)記為:1_螺紋；2_主密封；3_扭矩臺(tái)肩；4_接箍；5_內(nèi)螺紋；6_內(nèi)螺紋主臺(tái)肩內(nèi)錐面；8-內(nèi)螺紋輔助臺(tái)肩；9_管子；10-外螺紋；11-外螺紋主臺(tái)肩；12_外錐面；13-外螺紋輔助臺(tái)肩。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。實(shí)施例1實(shí)施例1用于Φ 177.8X 13.72mm的套管，該套管的鋼級(jí)為P110。外螺紋件為接箍，內(nèi)螺紋件為管子。接箍及管子的幾何尺寸包括外徑、壁厚等均采用API標(biāo)準(zhǔn)值，套管材料滿足API標(biāo)準(zhǔn)對(duì)PllO鋼級(jí)套管材料的要求，其內(nèi)螺紋和外螺紋均采用API標(biāo)準(zhǔn)偏梯形螺紋，錐度1:16，螺紋齒高為1.575毫米，螺距每英寸5牙，過(guò)盈量為0.3175毫米。主臺(tái)肩與輔助臺(tái)肩之間的直線距離為5.0_，臺(tái)肩均為直角臺(tái)肩形式，密封結(jié)構(gòu)內(nèi)、外錐面的錐度為1:12。對(duì)于同樣規(guī)格、鋼級(jí)的API套管，其最大允許上扣扭矩是11660N*m，而本實(shí)用新型的最大允許上扣扭矩可達(dá)40815N*m。同時(shí)，接頭連接強(qiáng)度大于管體，氣密封能力達(dá)到107Mpa以上。實(shí)施例2實(shí)施例2用于Φ273.1X13.84mm的套管，該套管的鋼級(jí)為P110。外螺紋件為接箍，內(nèi)螺紋件為管子。接箍及管子的幾何尺寸包括外徑、壁厚等均采用API標(biāo)準(zhǔn)值，套管材料滿足API標(biāo)準(zhǔn)對(duì)PllO鋼級(jí)油管材料的要求，其內(nèi)螺紋和外螺紋均采用API標(biāo)準(zhǔn)偏梯形螺紋，錐度1:16，螺紋齒高為1.575毫米，螺距每英寸5牙，過(guò)盈量為0.3175毫米。主臺(tái)肩與輔助臺(tái)肩之間的直線距離為5.5mm,臺(tái)肩均為直角臺(tái)肩形式，內(nèi)、外錐面密封結(jié)構(gòu)的錐度為1:12。對(duì)于同樣規(guī)格、鋼級(jí)的API油管，其最大允許上扣扭矩是16370N*m，而本實(shí)用新型的最大允許上扣扭矩可達(dá)49125N*m。同時(shí)，接頭連接強(qiáng)度大于管體，氣密封能力達(dá)到71Mpa以上。
權(quán)利要求1.一種高抗扭的套管螺紋接頭，包括接箍和連接管件，所述接箍(4)和連接管件之間通過(guò)螺紋連接；其特征在于: 所述接頭還包括一組抗扭結(jié)構(gòu)； 在所述連接管件的連接端外表面設(shè)置有外螺紋(10)，且在所述接箍(4)的內(nèi)表面的相應(yīng)位置處設(shè)置有適配的內(nèi)螺紋(5);所述一組抗扭結(jié)構(gòu)分別設(shè)置在所述連接管件連接端口處和所述接箍?jī)?nèi)壁表面上；分別設(shè)置在所述接箍和連接管件上的抗扭結(jié)構(gòu)將所述接箍和連接管件之間形成過(guò)盈配合； 所述抗扭結(jié)構(gòu)包括接箍上的抗扭單元和所述連接管件上的抗扭單元；所述接箍上的抗扭單元包括內(nèi)螺紋主臺(tái)肩(6)、內(nèi)錐面(7)和內(nèi)螺紋輔助臺(tái)肩(8);所述連接管件上的抗扭單元包括外螺紋主臺(tái)肩(11)、外錐面(12)、外螺紋輔助臺(tái)肩(13);所述內(nèi)螺紋主臺(tái)肩(6)和外螺紋主臺(tái)肩(11)的尺寸和形狀適配，所述內(nèi)螺紋輔助臺(tái)肩(8)和外螺紋輔助臺(tái)肩(13)的尺寸和形狀適配；所述內(nèi)錐面(7)和外錐面(12)的錐度和長(zhǎng)度相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高抗扭的套管螺紋接頭，其特征在于， 所述連接管件的抗扭單元的外螺紋輔助臺(tái)肩(13)設(shè)置在所述連接管件的連接端口上，所述外螺紋主臺(tái)肩(11)設(shè)置在所述外螺紋(10)內(nèi)側(cè)，所述外錐面(12)連接所述外螺紋輔助臺(tái)肩(13)和外螺紋主臺(tái)肩(11)； 所述接箍的抗扭單元的內(nèi)螺紋輔助臺(tái)肩(8)設(shè)置在所述接箍(4)連接處最內(nèi)側(cè)，所述內(nèi)螺紋主臺(tái)肩(6)設(shè)置在所述內(nèi)螺紋(5)內(nèi)側(cè)；所述內(nèi)錐面(7)連接所述內(nèi)螺紋輔助臺(tái)肩(8)和內(nèi)螺紋主臺(tái)肩(6)； 所述內(nèi)螺紋(5)和外螺紋(10)旋緊，且所述外螺紋主臺(tái)肩(11)和內(nèi)螺紋主臺(tái)肩(6)適配緊密貼合；所述外螺紋輔助臺(tái)肩(13)和內(nèi)螺紋輔助臺(tái)肩(8)適配緊密貼合；所述內(nèi)錐面(7)和外錐面(12)適配緊密貼合； 所述內(nèi)螺紋(5)與外螺紋(10)、內(nèi)錐面(7)與外錐面(12)、內(nèi)螺紋主臺(tái)肩(6)與外螺紋主臺(tái)肩(11)、內(nèi)螺紋輔助臺(tái)肩(8)與外螺紋輔助臺(tái)肩(13)分別形成過(guò)盈配合。
3.如權(quán)利要求1或2所述的套管螺紋接頭，其特征在于: 所述內(nèi)螺紋主臺(tái)肩(6)高度H1、外螺紋主臺(tái)肩(11)高度H3相等，為2.5 3.5mm，所述內(nèi)螺紋輔助臺(tái)肩(8)的高度H2、外螺紋輔助臺(tái)肩(13)的高度H4相等，為Hl+0.5mm ;且所述內(nèi)螺紋主臺(tái)肩與內(nèi)螺紋輔助臺(tái)肩之間的距離LI和所述外螺紋主臺(tái)肩與外螺紋輔助臺(tái)肩之間的距離L2相等，為5 6mm。
4.如權(quán)利要求1或2所述的套管螺紋接頭，其特征在于: 所述內(nèi)錐面(7)和外錐面(12)的錐度均為1:12。
5.如權(quán)利要求1或2所述的套管螺紋接頭，其特征在于: 所述外螺紋(10)和內(nèi)螺紋(5)的螺紋為偏梯形螺紋，螺紋齒高為1.475 1.675毫米，螺距每英寸4 6牙，過(guò)盈量為0.255 0.38毫米。
6.如權(quán)利要求5所述的套管螺紋接頭，其特征在于: 所述外螺紋(10)和內(nèi)螺紋(5)的螺紋采用API偏梯形螺紋，螺紋錐度為1:16。
7.如權(quán)利要求1所述的套管螺紋接頭，其特征在于: 所述連接管件為一對(duì)管子(9 )，且所述一對(duì)管子(9 )分別連接于所述接箍?jī)?nèi)。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種高抗扭的套管螺紋接頭，包括接箍和連接管件，所述接箍和連接管件之間通過(guò)螺紋連接；所述接頭還包括一組抗扭結(jié)構(gòu)；所述抗扭結(jié)構(gòu)包括接箍上的抗扭單元和所述連接管件上的抗扭單元；所述接箍上的抗扭單元包括內(nèi)螺紋主臺(tái)肩、內(nèi)錐面和內(nèi)螺紋輔助臺(tái)肩；所述連接管件上的抗扭單元包括外螺紋主臺(tái)肩、外錐面、外螺紋輔助臺(tái)肩；所述內(nèi)螺紋主臺(tái)肩和外螺紋主臺(tái)肩的尺寸和形狀適配，所述內(nèi)螺紋輔助臺(tái)肩和外螺紋輔助臺(tái)肩的尺寸和形狀適配；所述內(nèi)錐面和外錐面的錐度和長(zhǎng)度相同。本實(shí)用新型不但具有較高的抗扭性能，接頭抗扭能力可達(dá)到普通API接頭的3~3.5倍，而且連接強(qiáng)度高、氣密封性能好，適合用于旋轉(zhuǎn)固井下套管的苛刻工況。
文檔編號(hào)E21B17/08GK203022650SQ201220510758
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者李真祥, 瞿佳, 孫坤忠, 李文東, 劉虎, 范文星, 劉新義, 陳家河, 高航獻(xiàn), 曾鵬琿, 李流軍, 朱弘 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司勘探南方分公司