用于套管的氣密封特殊螺紋接頭結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種用于套管的氣密封特殊螺紋接頭結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括有套管的公端，它由帶有錐度的公螺紋、公螺紋端部的公密封面以及公密封面頂點(diǎn)處的臺(tái)肩組成，還有母端，即接箍是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，它有帶有錐度的母螺紋、母螺紋端部的母密封面以及母密封面后面的臺(tái)肩組成，所述公螺紋和母螺紋相互擰接在一起，公密封面、母密封面相互接觸，所述接箍的中孔長度滿足關(guān)系式：Ld>2Lp，Lp=Ls*（sin15°+cos15°）。有益效果是該接頭結(jié)構(gòu)在保證接頭性能的情況下，精確的確定中孔的最小長度，避免了兩端的接頭上扣后的對(duì)中孔影響區(qū)的干涉，節(jié)省接箍用料，降低了生產(chǎn)成本。該接頭結(jié)構(gòu)給出了中孔長度的范圍，可以應(yīng)用于任何其他類型的螺紋連接，螺紋類型或者密封面類型的套管螺紋接頭結(jié)構(gòu)。
【專利說明】用于套管的氣密封特殊螺紋接頭結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種螺紋連接結(jié)構(gòu)，特別是石油天然氣行業(yè)的用于套管的氣密封特殊螺紋接頭結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]油套管管柱采用螺紋將單根油井管連接而成，管柱的螺紋連接部位是薄弱的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在通用的API標(biāo)準(zhǔn)中，套管采用圓螺紋或偏梯螺紋連接形式。這種接頭的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、生產(chǎn)成本比較低，缺點(diǎn)是螺紋既要承擔(dān)連接功能又要承擔(dān)密封功能，且接頭應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重。
[0003]隨著石油工業(yè)的發(fā)展，尤其是深井、超深井、高壓氣井、定向井、酸性環(huán)境井的開發(fā)，對(duì)石油套管的使用性能提出了更高的要求，具有API標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接形式的套管在復(fù)雜井況中容易發(fā)生斷裂、滑脫、泄漏等形式的實(shí)效，給油田帶來巨大的損失。
[0004]為了克服API螺紋的連接缺點(diǎn)，中國專利號(hào)為ZL02209453.9，公開了一種石油套管氣密封接頭，螺紋形式為偏梯螺紋，密封形式為錐對(duì)錐金屬密封，通過扭矩臺(tái)肩定位擰接。
[0005]中國專利號(hào)為ZL200820144760.X，公開了一種特殊小間隙接箍的套管螺紋連接結(jié)構(gòu)，解決了套管接頭由于接箍占用一部分井眼而無法采用最合理有效的管串設(shè)計(jì)的問題。
[0006]但是以上兩個(gè)專利均未涉及到接箍中孔的長度的問題，如果中孔過長會(huì)造成材料的浪費(fèi)；但如果中孔過短，兩端的接頭上扣后的對(duì)中孔的影響區(qū)會(huì)干涉，帶來對(duì)通徑造成不利影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型提供一種用于套管的氣密封特殊螺紋接頭結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有技術(shù)上存在的接箍中孔長度確定的問題，可以達(dá)到接箍材料的優(yōu)化的目的。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是提供一種用于套管的氣密封特殊螺紋接頭結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括有套管的公端，它由帶有錐度的公螺紋、公螺紋端部的公密封面以及公密封面頂點(diǎn)處的臺(tái)肩組成，還有母端，即接箍是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，它有帶有錐度的母螺紋、母螺紋端部的母密封面以及母密封面后面的臺(tái)肩組成，所述公螺紋和母螺紋相互擰接在一起，公密封面、母密封面相互接觸，其中:
[0009]所述接箍的中孔長度(Ld)滿足以下關(guān)系:
[0010]Ld>2Lp，Lp=Ls* (sinl5° +cosl5° )
[0011]式中:Ld——接箍中孔長度，Lp——臺(tái)肩影響區(qū)域長度，Ls——扭矩臺(tái)肩長度。
[0012]所述螺紋齒型為API偏梯型螺紋，齒型的螺距為每英寸五牙，錐度為1:16，公螺紋齒高為1.575mm,母螺紋齒高為1.575mm?1.778mm。
[0013]所述接頭密封面與套管軸線的錐度為1:10，所述公母臺(tái)肩螺紋軸線的角度為負(fù)15度。[0014]本實(shí)用新型的效果是該接頭結(jié)構(gòu)在保證接頭性能的情況下，精確的確定中孔的最小長度，避免了兩端的接頭上扣后的對(duì)中孔影響區(qū)的干涉，節(jié)省接箍用料，降低了生產(chǎn)成本。該接頭結(jié)構(gòu)給出了中孔長度的范圍，這個(gè)效果可以應(yīng)用于任何其他類型的螺紋，螺紋類型或者密封面類型的套管螺紋接頭結(jié)構(gòu)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型套管螺紋接頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]A、公端B、母端C、公螺紋D、母螺紋E、公密封面
[0017]F、母密封面G、公臺(tái)肩H、母臺(tái)肩1、中孔Ld、接箍中孔長度
[0018]圖2是本實(shí)用新型套管齒形配合示意圖；
[0019]Hp、公螺紋齒高Hb、母螺紋齒高
[0020]圖3是特殊扣上扣后臺(tái)肩示意圖；
[0021]J、等效塑性變形區(qū)域K、公母臺(tái)階接觸起點(diǎn)Lp、臺(tái)肩影響區(qū)域長度Ld、接箍中孔長度Ls、扭矩臺(tái)肩長度
[0022]圖4是特殊扣臺(tái)肩長度過短時(shí)示意圖。
[0023]L、接箍中孔處鼓包
【具體實(shí)施方式】
[0024]結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的用于套管的氣密封特殊螺紋接頭結(jié)構(gòu)加以說明。
[0025]本實(shí)用新型的用于套管的氣密封特殊螺紋接頭結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括有套管的公端，它由帶有錐度的公螺紋、公螺紋端部的公密封面以及公密封面頂點(diǎn)處的臺(tái)肩組成，還有母端，即接箍是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，它有帶有錐度的母螺紋、母螺紋端部的母密封面以及母密封面后面的臺(tái)肩組成，所述公螺紋和母螺紋相互擰接在一起，公密封面、母密封面相互接觸，所述接箍的中孔長度(Ld)滿足以下關(guān)系:
[0026]Ld>2Lp，Lp=Ls* (sinl5° +cosl5° )
[0027]式中:Ld——接箍中孔長度，Lp——臺(tái)肩影響區(qū)域長度，Ls——扭矩臺(tái)肩長度。
[0028]所述螺紋齒型為API偏梯型螺紋，齒型的螺距為每英寸五牙，錐度為1:16，公螺紋齒高為1.575mm，母螺紋齒高為1.575mm?1.778mm。所述接頭密封面與套管軸線的錐度為1:2.5?1:12，所述公母臺(tái)肩螺紋軸線的角度為負(fù)15度。
[0029]本實(shí)用新型的用于套管的氣密封特殊螺紋接頭結(jié)構(gòu)是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0030]如圖1所示，該石油套管特殊扣接頭結(jié)構(gòu)包括公端A和母端B兩部分組成，所述套管公端A由偏梯型公螺紋C和含有密封面E和公臺(tái)肩G部分組成，所述接箍B部分在兩根套管間連接，兩邊結(jié)構(gòu)對(duì)稱，包括偏梯型母螺紋D和與公密封面對(duì)應(yīng)的母密封面F和母臺(tái)肩H0
[0031]所述偏梯型螺紋C和D的牙型角為13度，如圖2所示。其中導(dǎo)入面為10度，承載面為3度，公螺紋齒高Hp = 1.575mm,母螺紋齒高Hb=L 778mm,螺距為5.08mm,螺紋錐度1:16。密封面E、F沿管體軸線方向錐度為1:10，矩臺(tái)肩G、H角度與軸線方向?yàn)樨?fù)15度。
[0032]本實(shí)用新型的用于套管的氣密封特殊螺紋接頭結(jié)構(gòu)大都由螺紋部分、密封部分組成。在公母螺紋上扣擰接后，在管端臺(tái)肩已經(jīng)對(duì)頂?shù)那闆r下，會(huì)繼續(xù)擰緊，所以在扭矩臺(tái)肩處有軸向過盈存在，在臺(tái)肩處有較小的等效塑性應(yīng)變區(qū)域。如果擰緊的力矩比較大，該塑性應(yīng)變區(qū)域會(huì)逐步擴(kuò)大到接箍的中孔處。影響區(qū)域由臺(tái)階接觸起點(diǎn)開始沿著45°向接箍中孔處延伸。由于接箍是由兩段對(duì)稱的螺紋、密封面、臺(tái)階組成，所以當(dāng)在使用中擰接上扣后，接箍的兩端會(huì)與兩個(gè)公端擰接上，所以兩邊的臺(tái)階都會(huì)有影響區(qū)域。
[0033]在公端A和母端B的擰接過程中，需要施加足夠大的擰接力矩，使公端的臺(tái)肩G和母端臺(tái)肩H相互頂緊并產(chǎn)生一定量的過盈。這個(gè)是保證該接頭氣密封性的一個(gè)必要條件。如果扭矩足夠大，會(huì)通過扭矩臺(tái)肩G作用在接箍的中孔I處，形成一個(gè)反射狀的應(yīng)力集中區(qū)域，如圖3的J所示。它是由臺(tái)階接觸起點(diǎn)K開始沿著45°向中孔部分延伸，延伸長度的中點(diǎn)是 Lp0 Lp=Ls* (sinl5° +cosl5° )。
[0034]由于接箍是由兩段對(duì)稱的螺紋、密封面、臺(tái)階組成，如圖1所示，所以兩邊的臺(tái)階都會(huì)有影響區(qū)域J，如果Lp的長度過短，則兩邊的影響區(qū)域J會(huì)相交，如圖4所示，由于產(chǎn)生的應(yīng)力無法釋放，在接箍的對(duì)稱中心L處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)鼓包，對(duì)通徑有不利影響。當(dāng)Ld > 2Lp時(shí)，能保證接箍的兩個(gè)臺(tái)肩都對(duì)其中孔產(chǎn)生應(yīng)變區(qū)域不相交。從而保證不對(duì)通徑造成不利影響。
【權(quán)利要求】
1.一種用于套管的氣密封特殊螺紋接頭結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括有套管的公端，它由帶有錐度的公螺紋、公螺紋端部的公密封面以及公密封面頂點(diǎn)處的臺(tái)肩組成，還有母端，即接箍是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，它有帶有錐度的母螺紋、母螺紋端部的母密封面以及母密封面后面的臺(tái)肩組成，所述公螺紋和母螺紋相互擰接在一起，公密封面、母密封面相互接觸，其特征是: 所述接箍的中孔長度(Ld)滿足以下關(guān)系:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管的氣密封特殊螺紋接頭結(jié)構(gòu)，其特征是:所述螺紋齒型為API偏梯型螺紋，齒型的螺距為每英寸五牙，錐度為1: 16，公螺紋齒高為1.575mm，母螺紋齒高為 1.575mm ~1.778mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管的氣密封特殊螺紋接頭結(jié)構(gòu)，其特征是:所述接頭密封面與套管軸線的錐度為 1:10，所述公母臺(tái)肩螺紋軸線的角度為負(fù)15度。
【文檔編號(hào)】E21B17/08GK203420646SQ201320482668
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月6日
【發(fā)明者】王京, 孫開明, 徐志謙, 史彬, 梅麗, 李毅, 孫宇, 陳國彬, 張軍, 王春河, 陳濤, 閆龍, 柳玉偉, 呂春莉, 駱敬輝, 姚迪, 候振宇, 郭強(qiáng), 陳玉鵬 申請(qǐng)人:天津鋼管集團(tuán)股份有限公司