專利名稱：一種氣密封結(jié)構(gòu)的油/套管螺紋連接接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于石油鉆采中的油管或套管連接接頭結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
油管和套管是石油鉆采過程中要求高、用量大的深度機(jī)械加工產(chǎn)品。在實(shí)際的使用中，是采用螺紋將單根油管或套管連接成為長(zhǎng)達(dá)數(shù)千米，并且能夠承受數(shù)百大氣壓的長(zhǎng)管柱，相當(dāng)于一個(gè)管狀高壓容器。其中，螺紋連接的技術(shù)性能是能否保證鉆采過程安全可靠的關(guān)鍵。在我國(guó)常規(guī)使用的是API標(biāo)準(zhǔn)的圓螺紋和偏梯形螺紋接頭，但這種接頭的最大缺點(diǎn)是連接強(qiáng)度低、氣密封性能差。隨著油、氣井鉆井環(huán)境的日益苛刻和油氣開采技術(shù)的迅速發(fā)展，普通的API標(biāo)準(zhǔn)接頭已不能滿足現(xiàn)有的工程技術(shù)要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種連接強(qiáng)度高、氣密性能好的螺紋連接接頭結(jié)構(gòu)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種氣密封結(jié)構(gòu)的油/套管螺紋連接接頭，包括帶外螺紋的管體，在管體外套有帶內(nèi)螺紋的接箍，內(nèi)螺紋及外螺紋具有導(dǎo)向面及負(fù)角度承載面，其特征在于所述負(fù)角度承載面的角度為-3° -5°，在所述管體的端部形成有圓錐密封面，該圓錐密封面與所述接箍的內(nèi)壁過盈配合達(dá)到密封目的，過盈長(zhǎng)度大于17. 8mmο優(yōu)選地，所述導(dǎo)向面牙頂?shù)膱A弧倒角的倒角半徑小于0. 5mm。優(yōu)選地，所述外螺紋的齒頂與所述內(nèi)螺紋之間留有大于0. 25mm的間隙。優(yōu)選地，在所述接箍位于所述內(nèi)螺紋后端的內(nèi)壁上形成有負(fù)角度抗扭距臺(tái)肩，該角度為-17°，所述管體的端面與該負(fù)角度抗扭距臺(tái)肩相配合。優(yōu)選地，所述管體的端面與所述圓錐密封面之間通過密封圓鼻端過渡，所述負(fù)角度抗扭距臺(tái)肩與所述接箍之間的過渡結(jié)構(gòu)與該密封圓鼻端相配合。優(yōu)選地，在所述管體與所述接箍的內(nèi)壁連接處分別形成有一角度為15°的管體內(nèi)壁倒角及接箍?jī)?nèi)壁倒角。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、接頭連接強(qiáng)度高，可以與管體等強(qiáng)度匹配，甚至有的高于管體，適用于深井、超深井；
2、密封可靠，適用于高壓氣井、油井和熱采井；
3、抗彎能力強(qiáng)，適用于斜井、大位移井和水平井；
4、上扣容易，可快速上扣且不易錯(cuò)扣，適用于沙漠、海洋上等惡劣環(huán)境下的鉆井作業(yè)；
5、抗粘扣性能好，可以反復(fù)上卸扣而不損傷螺紋；
6、抗過扭矩能力強(qiáng)；
7、耐腐蝕性能好。


圖1為本發(fā)明提供的一種氣密封結(jié)構(gòu)的油/套管螺紋連接接頭的剖面局部示意圖2為圖1中A部分的放大圖； 圖3為圖1中B部分的放大圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以一優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。為了改進(jìn)普通API標(biāo)準(zhǔn)螺紋接頭存在的不足，本發(fā)明在API標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，采用了非API標(biāo)準(zhǔn)的特殊結(jié)構(gòu)螺紋設(shè)計(jì)，即尺寸、鋼級(jí)、壁厚依據(jù)API規(guī)范，而在連接的結(jié)構(gòu)上采用特殊螺紋連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，增加了抗扭距臺(tái)肩，金屬對(duì)金屬圓錐密封等特殊結(jié)構(gòu)，極大提高了螺紋連接的強(qiáng)度可靠性。本發(fā)明提供的一種氣密封結(jié)構(gòu)的油/套管螺紋連接接頭可以用在油管或套管上， 如圖1所示，包括帶外螺紋的管體1，在管體1外套有帶內(nèi)螺紋的接箍2。結(jié)合圖2，內(nèi)螺紋及外螺紋具有導(dǎo)向面3及負(fù)角度承載面4，負(fù)角度承載面4的角度為-3° -5°。一般螺紋接頭的承載面的角度都為正角。目的是通過過盈嚙合，形成若干個(gè)不確定的金屬對(duì)金屬接觸密封面，從而達(dá)到密封的作用。有些螺紋的承載面雖然能夠達(dá)到負(fù)角度，但一般與軸線垂直線的負(fù)角度不會(huì)超過2°，這種類型的負(fù)角度雖然承載面的承載能力比正角度的牙型強(qiáng)，但還是達(dá)不到承載能力與管體相同的程度。在特殊的油氣田鉆采中，仍無法得到廣泛的使用。而在本發(fā)明中，負(fù)角度承載面4的角度(即，負(fù)角度承載面4與螺紋軸線垂直線之間的夾角)為-3° -5°，其主要作用是加大螺紋承受載荷的能力。同時(shí)該負(fù)角度承載面 4不起到密封的作用。這與一般<-2°的承載面在性能上有著極大的不同。在本發(fā)明中， 由于外螺紋與內(nèi)螺紋在軸向上為鉤狀嚙合，故其抗拉、抗壓縮、抗內(nèi)壓及抗外擠強(qiáng)度有了極大的提高，可以與管體1的技術(shù)性能相同，使螺紋連接頭與管體成為技術(shù)性能完全相同的一個(gè)整體，安全可靠性有了極為有效的提高。結(jié)合圖3，在管體1的端部形成有圓錐密封面5，該圓錐密封面5與所述接箍2的內(nèi)壁過盈配合達(dá)到密封目的，過盈長(zhǎng)度大于17. 8mm。螺紋接頭整體的密封性能是否完整，就看圓錐面的相互配合程度。一般的接頭密封主要是以齒向密封為主。其缺點(diǎn)是密封性能差，抗在外部壓力較大和較大彎曲狀態(tài)時(shí)， 整體的密封性能大大降低。本發(fā)明增加了螺紋前端的圓錐密封面5的設(shè)計(jì)，依靠管體1與接箍2外內(nèi)圓錐面，經(jīng)過精密的機(jī)械加工，保證二者之間的精密配合而完成金屬對(duì)金屬面的密封，密封面的過盈長(zhǎng)度大于17. 8mm。該種密封的形式，由于接觸面長(zhǎng)、規(guī)則、可靠性高， 在一定的過盈度狀態(tài)下，不易泄漏，特別是在大彎曲的狀態(tài)下，(只要不脫扣)密封性能依然能夠保持的相當(dāng)可靠，并且能夠多次上扣，不易脫扣。結(jié)合圖2，導(dǎo)向面3牙頂?shù)膱A弧倒角11的倒角半徑小于0. 5mm。一般螺紋導(dǎo)向面都有圓弧倒角，但導(dǎo)向面的牙頂?shù)菇前霃蕉?gt; 0. 5mmR，雖然大圓弧的圓弧倒角，使螺紋的上扣與對(duì)扣較為方便，但其防脫扣和在大彎曲狀態(tài)下，抗沖擊載荷的能力大為下降，遇到有較大彎曲狀態(tài)鉆采的情況下，極易脫扣。而在本發(fā)明中的圓弧倒角 11的倒角半徑小于0. 5mm，特點(diǎn)是在保證上扣與對(duì)扣方便的情況下，不易脫扣，在較大彎曲狀態(tài)下，抗沖擊載荷的能力強(qiáng)，滿足了特殊大彎曲鉆采的條件，可靠性好，不易脫扣。外螺紋的齒頂與內(nèi)螺紋之間留有大于0. 25mm的間隙10。在一般的螺紋連接中，齒頂間隙都較小，原因是螺紋的承載面要起到主要的密封作用，而在本發(fā)明中，外螺紋的齒頂與內(nèi)螺紋之間留有大于0. 25mm的間隙10，是因?yàn)槌休d面4不作為主要的密封面，同時(shí)能夠在較大彎曲角度時(shí)，留有伸展的余地。較大的齒頂間隙 10還能夠貯存較多的特種螺紋脂，增加螺紋的密封性能，所以該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)極大提高了螺紋連接在較大彎曲或沖擊載荷下的密封性能和連接可靠性。結(jié)合圖3，在所述接箍2位于所述內(nèi)螺紋后端的內(nèi)壁上形成有負(fù)角度抗扭距臺(tái)肩 7，該角度為-17°，管體1的端面與該負(fù)角度抗扭距臺(tái)肩7相配合。一般螺紋接頭都不采用抗扭矩臺(tái)肩的設(shè)計(jì)，有些設(shè)計(jì)采用負(fù)角度抗扭距臺(tái)肩設(shè)計(jì)也因其角度較小而起不到抗扭距過載的要求。而本發(fā)明的負(fù)角度抗扭距臺(tái)肩7，其負(fù)角度較大，為負(fù)17°，當(dāng)上扣時(shí)如果扭矩過載，這時(shí)負(fù)角度抗扭距臺(tái)肩7就會(huì)產(chǎn)生向外的推力，扭矩過載越大，產(chǎn)生的作用力使圓錐密封面5的結(jié)合越緊密，使密封性能更好，負(fù)角度抗扭距臺(tái)肩7即保證了上扣的準(zhǔn)確性，也提高了螺紋接頭的氣密封性能，同時(shí)負(fù)角度抗扭距臺(tái)肩7 還起到了輔助密封的作用。管體1的端面與圓錐密封面5之間通過密封圓鼻端6過渡，負(fù)角度抗扭距臺(tái)肩7 與接箍2之間的過渡結(jié)構(gòu)與該密封圓鼻端6相配合。密封圓鼻端6是圓錐密封面5與負(fù)角度抗扭距臺(tái)肩7的過度端，大弧度的圓弧即保證了圓錐密封面5嚙合導(dǎo)入平穩(wěn)，又確保當(dāng)產(chǎn)生過載扭矩時(shí)，負(fù)角度抗扭距臺(tái)肩7產(chǎn)生的反向推力能夠均勻傳導(dǎo)到圓錐密封面5，確保圓錐密封面5的結(jié)合更加緊密，而不會(huì)產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，同時(shí)由于圓錐密封面5是過盈配合，密封圓鼻端6能有效防止該部分的脫扣的發(fā)生，重復(fù)上扣同樣能保持良好的密封性。在管體1與接箍2的內(nèi)壁連接處分別形成有一角度為15°的管體內(nèi)壁倒角8及接箍?jī)?nèi)壁倒角9。一般螺紋接頭管體與接箍?jī)?nèi)壁連接端沒有詳細(xì)的要求，由于結(jié)合的不緊密容易引起該部分的電化學(xué)腐蝕，大量的使用實(shí)例表明所有螺紋接頭失效，大部分是由于電化學(xué)腐蝕而引起。而本發(fā)明的接頭，連接端有一過渡倒角，倒角為15°，當(dāng)上扣擰緊之后，由于過盈配合產(chǎn)生的變形使連接端完全緊密結(jié)合，避免了局部的電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生，確保了螺紋接頭的使用可靠性。
權(quán)利要求
1.一種氣密封結(jié)構(gòu)的油/套管螺紋連接接頭，包括帶外螺紋的管體(1)，在管體(1) 外套有帶內(nèi)螺紋的接箍(2)，內(nèi)螺紋及外螺紋具有導(dǎo)向面(3)及負(fù)角度承載面(4)，其特征在于所述負(fù)角度承載面(4)的角度為-3° -5°，在所述管體(1)的端部形成有圓錐密封面(5)，該圓錐密封面(5)與所述接箍(2)的內(nèi)壁過盈配合達(dá)到密封目的，過盈長(zhǎng)度大于 17. 8mm。
2.如權(quán)利要求1所述的一種氣密封結(jié)構(gòu)的油/套管螺紋連接接頭，其特征在于所述導(dǎo)向面(3)牙頂?shù)膱A弧倒角(11)的倒角半徑小于0. 5mm。
3.如權(quán)利要求1所述的一種氣密封結(jié)構(gòu)的油/套管螺紋連接接頭，其特征在于所述外螺紋的齒頂與所述內(nèi)螺紋之間留有大于0. 25mm的間隙(10)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種氣密封結(jié)構(gòu)的油/套管螺紋連接接頭，其特征在于在所述接箍(2)位于所述內(nèi)螺紋后端的內(nèi)壁上形成有負(fù)角度抗扭距臺(tái)肩(7)，該角度為-17°， 所述管體(1)的端面與該負(fù)角度抗扭距臺(tái)肩(7)相配合。
5.如權(quán)利要求4所述的一種氣密封結(jié)構(gòu)的油/套管螺紋連接接頭，其特征在于所述管體(1)的端面與所述圓錐密封面(5)之間通過密封圓鼻端(6)過渡，所述負(fù)角度抗扭距臺(tái)肩(7)與所述接箍(2)之間的過渡結(jié)構(gòu)與該密封圓鼻端(6)相配合。
6.如權(quán)利要求1所述的一種氣密封結(jié)構(gòu)的油/套管螺紋連接接頭，其特征在于在所述管體(1)與所述接箍(2)的內(nèi)壁連接處分別形成有一角度為15°的管體內(nèi)壁倒角(8)及接箍?jī)?nèi)壁倒角(9)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種氣密封結(jié)構(gòu)的油/套管螺紋連接接頭，包括帶外螺紋的管體，在管體外套有帶內(nèi)螺紋的接箍，內(nèi)螺紋及外螺紋具有導(dǎo)向面及負(fù)角度承載面，其特征在于所述負(fù)角度承載面的角度為-3°～-5°，在所述管體的端部形成有圓錐密封面，該圓錐密封面與所述接箍的內(nèi)壁過盈配合達(dá)到密封目的，過盈長(zhǎng)度大于17.8mm。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是接頭連接強(qiáng)度高，可以與管體等強(qiáng)度匹配，甚至有的高于管體，適用于深井、超深井；密封可靠，適用于高壓氣井、油井和熱采井；抗彎能力強(qiáng)；上扣容易，可快速上扣且不易錯(cuò)扣，適用于沙漠、海洋上等惡劣環(huán)境下的鉆井作業(yè)；抗粘扣性能好，可以反復(fù)上卸扣而不損傷螺紋；抗過扭矩能力強(qiáng)；耐腐蝕性能好。
文檔編號(hào)E21B17/02GK102287143SQ20111020514
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者夏慶華 申請(qǐng)人:大慶福斯特科技開發(fā)有限公司