專利名稱：高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及應用于石油行業(yè)的油井管螺紋接頭，具體地說是ー種高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭。
背景技術：
油井管行業(yè)中的油套管主要是通過螺紋接頭連接起來，形成油套管柱，長度達到數千米，其中螺紋接頭連接的強度要求、密封性能，拉伸載荷及抗扭矩性能等各方面的要求較聞。目前，現有的油套管圓螺紋連接的結構基本上都是API(美國石油學會)標準圓螺紋，技術比較成熟，但使用效果不夠理想。這種標準圓螺紋接頭的密封面性能差，抗彎曲能力弱，往往導致在螺紋連接部位發(fā)生泄露、斷裂、滑脫等質量事故。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對上述問題，提供ー種高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭，該接頭連接強度高，密封性能好，抗彎曲能力強，入扣性能好。按照本發(fā)明的技術方案ー種高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭，包括通過螺紋連接的接箍及管體，所述螺紋的牙型為帶有圓弧齒頂及圓弧齒底的特殊圓螺紋，其導向面牙側角為40°飛0°，其承載面牙側角為1° 5°，其錐度為1:81:20;所述接箍內壁的軸向中部設置有環(huán)狀的中間柱面，所述中間柱面的兩端面與所述管體的端部之間分別設置有金屬密封結構，所述金屬密封結構包括設置在所述接箍上的內密封面及設置在所述管體上的外密封面；所述內密封面包括設置在所述中間柱面端面與所述接箍內螺紋端部之間的內圓錐面及過渡錐面，所述中間柱面的端面向外部凸出形成內密封夾角，所述內密封夾角與所述內圓錐面之間設置有內密封端弧面；所述外密封面包括設置在所述管體端部外壁上的外圓錐面，所述管體端部的端面向內凹入形成外密封夾角，所述外密封夾角與所述外圓錐面之間設置有外密封端弧面。所述內密封夾角的值為110° 130°，所述外密封夾角比所述內密封夾角的值小(T2° ;所述內密封夾角與所述中間柱面之間形成的銳角為內密封面端角，所述內密封面端角為65° 15°，所述外密封夾角與所述管體的內壁面之間形成的銳角為外密封面端角，所述外密封面端角比所述內密封面端角小(T2°。所述內圓錐面的錐度與所述螺紋的錐度相同，所述過渡錐面的錐度大于所述螺紋的錐度；所述外圓錐面的錐度與所述螺紋的錐度相同，并且所述外圓錐面的表面低于所述螺紋的齒底圓錐母線。所述內密封端弧面的半徑為0. 5^2. 0mm，所述外密封端弧面的半徑與所述內密封端弧面的半徑相同。所述內密封端弧面與所述內密封夾角之間設置有內密封端過渡圓弧，所述內密封端過渡圓弧的半徑為0. ro. 5mm ;所述外密封端弧面與所述外密封夾角之間設置有外密封端過渡圓弧，所述外密封端過渡圓弧的半徑與所述內密封端過渡圓弧的半徑相同。所述內密封夾角的頂點處設置有內密封角度過渡圓弧,所述內密封角度過渡圓弧的半徑為O. 3^0. 8mm ;所述外密封夾角的頂點處設置有外密封角度過渡圓弧，所述外密封角度過渡圓弧的半徑小于所述內密封角度過渡圓弧的半徑O. 2^0. 3mm。所述外密封面的外圓錐面長度為8 20mm，所述內密封面的長度比所述外圓錐面的長度長半個螺距，所述內圓錐面的長度為5 10mm，所述過渡錐面的長度為3 10mm。所述內密封面的厚度為3 10mm，所述外密封面的厚度與所述內密封面的厚度相
坐寸ο所述螺紋的螺距為6. 5牙/英寸牙/英寸，其牙型齒高為I. 5^2. 5mm。
所述螺紋的齒底圓弧及齒頂圓弧的半徑為O. 2(Tl. 0_。本發(fā)明的技術效果在于本發(fā)明采用非對稱的特殊圓螺紋，牙型的導向面牙側角比標準圓螺紋大，螺紋的入扣性能好，在機緊時不易錯扣；牙型的承載面牙側角形成倒鉤，提高了螺紋的連接強度，增加了牙型密封性能，同時提高了接頭的抗彎曲能力，使其抗泄露性能大大增加；在接箍與管體之間增加了一個圓弧與大角度凸凹結構相結合的金屬密封結構，使其在過盈配合后能夠有效提高抗扭矩性能和密封性能。


圖I為本發(fā)明的結構示意圖。圖2為本發(fā)明分解后的結構示意圖。圖3為本發(fā)明中的螺紋牙型圖。圖4為本發(fā)明中的內密封面的放大圖。圖5為本發(fā)明中的外密封面的放大圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的說明。圖廣圖5中，包括接箍I、管體2、管體3、螺紋4、牙型齒高5、導向面牙側角6、承載面牙側角7、齒底圓弧8、齒頂圓弧9、錐度10、螺距11、牙型角12、內密封面13、外密封面14、中間柱面15、外圓錐面16、內圓錐面17、外密封端弧面18、內密封端弧面19、外密封端過渡圓弧20、內密封端過渡圓弧21、外密封角度過渡圓弧22、內密封角度過渡圓弧23、外密封面端角24、內密封面端角25、外密封夾角26、內密封夾角27、外密封面厚度28、內密封面厚度29、內密封過渡錐面30、內密封面長度31、中徑線32等。如圖I、圖2所示，本發(fā)明是一種高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭，包括通過螺紋4連接的接箍I及管體2、3。接箍I和管體2、3是以虛擬的中徑線32為基準進行緊密配合，達到管體2與管體3通過接箍I進行若干連接形成油、套管柱滿足油氣田生產使用要求。本發(fā)明中的螺紋4的牙型為帶有圓弧齒頂及圓弧齒底的特殊圓螺紋，由對稱的牙型改為偏向承載面的非對稱牙型。如圖3所示，螺紋4的導向面牙側角6為40°飛0°，其承載面牙側角7為1° 5°，牙型角12的范圍為導向面牙側角6與承載面牙側角7之差。螺紋4的錐度10為1:8 1:20;螺距11為6.5牙/英寸 4牙/英寸(25. 4 mm)；牙型齒高5為I. 5^2. 5mm。螺紋4的齒底圓弧8及齒頂圓弧9的半徑為0. 20 1. 0mm。再參見圖I及圖2，在接箍I內壁的軸向中部設置有環(huán)狀的中間柱面15，中間柱面15的長度范圍是5(T200mm，増加接頭的連接強度和抗彎曲能力。中間柱面15的兩端面與管體2、3的端部之間分別設置有金屬密封結構。金屬密封結構包括設置在接箍I上的內密封面13及設置在管體2、3上的外密封面14。如圖4所示，內密封面13包括設置在中間柱面15端面與接箍I內螺紋端部之間的內圓錐面17及過渡錐面30，中間柱面15的端面向外部凸出形成內密封夾角27，內密封夾角27與內圓錐面17之間設置有內密封端弧面19。內密封面13的厚度29為3 10mm，內密封面13的長度31比外圓錐面16的長度長半個螺距11，其中，內圓錐面17的長度為5 10mm，過渡錐面30的長度為3 10mm。內圓錐面17的錐度與螺紋4的錐度相同，過渡錐面30的錐度大于螺紋4的錐度，以達到其平滑 過渡同時對外密封面14起到導向作用。內密封端弧面19的半徑為0. 5^2. Omm,內密封端弧面19與內密封夾角27之間設置有內密封端過渡圓弧21，內密封端過渡圓弧21的半徑為
0.1、. 5mm。內密封夾角27的值為110° 130° ;內密封夾角27與中間柱面15之間形成的銳角為內密封面端角25，內密封面端角25為65° 85°。內密封夾角27的頂點處設置有內密封角度過渡圓弧23，內密封角度過渡圓弧23的半徑為0. 3^0. 8mm。如圖5所示，外密封面14包括設置在管體2、3端部外壁上的外圓錐面16，管體2、3端部的端面向內凹入形成外密封夾角26,外密封夾角26與外圓錐面16之間設置有外密封端弧面18。外密封面14的厚度15與內密封面13的厚度16相等，以達到接箍I的中間柱面15與管體2、3的內壁平齊，保持在同一個平面，減小流體在管體內的通行阻力。外密封面14的外圓錐面16長度為8 20mm。外圓錐面16的錐度與螺紋4的錐度相同，并且外圓錐面16的表面低于螺紋4的齒底圓錐母線，這樣就不會造成其表面觸碰內螺紋齒頂。外密封端弧面18的半徑與內密封端弧面19的半徑相同，外密封端弧面18與外密封夾角26之間設置有外密封端過渡圓弧20，外密封端過渡圓弧20的半徑與內密封端過渡圓弧21的半徑相同。外密封夾角26比內密封夾角27的值小(T2° ,以到達過盈配合的作用。外密封夾角26與管體2、3的內壁面之間形成的銳角為外密封面端角24，外密封面端角24比內密封面端角25小(T2°，以到達過盈配合的作用。外密封夾角26的頂點處設置有外密封角度過渡圓弧22，外密封角度過渡圓弧22的半徑小于內密封角度過渡圓弧23的半徑0. 2^0. 3_。本發(fā)明操作時，先將接箍I的任意一端先套入管體2上，套入時應將接箍I的內螺紋與管體2的外螺紋先套入3 7扣，由于導向面牙側角6坡度較大，套扣時在重力作用下入扣非常容易，不會造成內螺紋齒頂和外螺紋齒頂頂扣、造成錯扣機緊現象。然后人力旋入，以人力旋合不動時為止，將已經手緊旋合在一起的接箍I和管體2用石油管道擰接機器進行進ー步的機器擰接達到機器擰接時的過盈配合狀態(tài)。因接箍I有內密封面13，當機器擰接過盈旋緊配合后具有較大的抗扭矩性能和高密封性能，機緊的位置和扭矩大小可以按照API標準操作或エ藝文件另行規(guī)定，但是必須滿足內密封面13與外密封面14在機緊旋合后不得有任何間隙。同樣的緊固方法，將其接箍I和管體3以虛擬的中徑線32為基準進行緊密配合，達到管體2與管體3通過接箍I進行若干連接形成油、套管柱滿足油氣田生產使用要求，在油田下井時將其一個個的連接件機緊連接形成數千米的油套管柱。本發(fā)明采用非對稱的特殊圓螺紋，牙型的導向面牙側角比標準圓螺紋大，螺紋的入扣性能好，在機緊時不易錯扣；牙型的承載面牙側角形成倒鉤，提高了螺紋的連接強度，增加了牙型密封性能，同時提高了接頭的抗彎曲能力，使其抗泄露性能大大增加；在接箍與管體之間增加了一個圓弧與大角度凸凹結構相結合的金屬密封結構，使其在過盈配合后能 夠有效提高抗扭矩性能和密封性能；增加了接箍的總體長度，提高了接頭的抗彎曲能力。本發(fā)明加工簡單方便，使用范圍廣，安全可靠；能夠承受外界高強度復雜的力施加而不泄露或損壞，滿足油田的使用要求。
權利要求
1.ー種高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭，包括通過螺紋(4)連接的接箍(I)及管體(2、3)，其特征是所述螺紋(4)的牙型為帶有圓弧齒頂及圓弧齒底的特殊圓螺紋，其導向面牙側角(6)為40° 50°，其承載面牙側角(7)為1° 5°，其錐度(10)為1:8 1:20;所述接箍(I)內壁的軸向中部設置有環(huán)狀的中間柱面(15)，所述中間柱面(15)的兩端面與所述管體(2、3)的端部之間分別設置有金屬密封結構，所述金屬密封結構包括設置在所述接箍(I)上的內密封面(13)及設置在所述管體(2、3)上的外密封面(14);所述內密封面(13)包括設置在所述中間柱面(15)端面與所述接箍(I)內螺紋端部之間的內圓錐面(17)及過渡錐面(30)，所述中間柱面(15)的端面向外部凸出形成內密封夾角(27)，所述內密封夾角(27)與所述內圓錐面(17)之間設置有內密封端弧面(19);所述外密封面(14)包括設置在所述管體(2、3)端部外壁上的外圓錐面(16)，所述管體(2、3)端部的端面向內凹入形成外密封夾角(26 )，所述外密封夾角(26 )與所述外圓錐面(16 )之間設置有外密封端弧面(18 )。
2.按照權利要求I所述的高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭，其特征是所述內密封夾角(27)的值為110° 130°，所述外密封夾角(26)比所述內密封夾角(27)的值小(T2° ；所述內密封夾角(27)與所述中間柱面(15)之間形成的銳角為內密封面端角(25)，所述內 密封面端角(25)為65° 15°，所述外密封夾角(26)與所述管體(2、3)的內壁面之間形成的銳角為外密封面端角(24)，所述外密封面端角(24)比所述內密封面端角(25)小(T2°。
3.按照權利要求I所述的高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭，其特征是所述內圓錐面(17)的錐度與所述螺紋(4)的錐度相同，所述過渡錐面(30)的錐度大于所述螺紋(4)的錐度；所述外圓錐面(16)的錐度與所述螺紋(4)的錐度相同，并且所述外圓錐面(16)的表面低于所述螺紋(4)的齒底圓錐母線。
4.按照權利要求I所述的高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭，其特征是所述內密封端弧面(19)的半徑為0. 5^2. Omm,所述外密封端弧面(18)的半徑與所述內密封端弧面(19)的半徑相同。
5.按照權利要求I所述的高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭，其特征是所述內密封端弧面(19)與所述內密封夾角(27)之間設置有內密封端過渡圓弧(21)，所述內密封端過渡圓弧(21)的半徑為0. ro. 5mm ;所述外密封端弧面(18)與所述外密封夾角(26)之間設置有外密封端過渡圓弧(20)，所述外密封端過渡圓弧(20)的半徑與所述內密封端過渡圓弧(21)的半徑相同。
6.按照權利要求I所述的高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭，其特征是所述內密封夾角(27)的頂點處設置有內密封角度過渡圓弧(23)，所述內密封角度過渡圓弧(23)的半徑為0. 3^0. 8mm ;所述外密封夾角(26)的頂點處設置有外密封角度過渡圓弧(22)，所述外密封角度過渡圓弧(22)的半徑小于所述內密封角度過渡圓弧(23)的半徑0. 2^0. 3mm。
7.按照權利要求I所述的高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭，其特征是所述外密封面(14)的外圓錐面(16)長度為8 20mm，所述內密封面(13)的長度(31)比所述外圓錐面(16)的長度長半個螺距(11)，所述內圓錐面(17)的長度為5 10mm，所述過渡錐面(30)的長度為3 10mm。
8.按照權利要求I所述的高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭，其特征是所述內密封面(13)的厚度(29)為3 10mm，所述外密封面(14)的厚度(15)與所述內密封面(13)的厚度(16)相等。
9.按照權利要求I所述的高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭，其特征是所述螺紋(4)的螺距(11)為6. 5牙/英寸牙/英寸，其牙型齒高(5 )為I. 5^2. 5mm。
10.按照權利要求I或9所述的高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭，其特征是所述螺紋(4)的齒底圓弧(8)及齒頂圓弧(9)的半徑為0. 2(Tl. 0mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭，包括通過螺紋連接的接箍及管體，螺紋的牙型為帶有圓弧齒頂及圓弧齒底的特殊圓螺紋；接箍內壁的中部設置有中間柱面，中間柱面的兩端面與管體的端部之間分別設置有金屬密封結構；內密封面包括設置在中間柱面端面與接箍內螺紋端部之間的內圓錐面及過渡錐面，中間柱面的端面向外部凸出形成內密封夾角，內密封夾角與內圓錐面之間設置有內密封端弧面；外密封面包括設置在管體端部外壁上的外圓錐面，管體端部的端面向內凹入形成外密封夾角。本發(fā)明采用非對稱的特殊圓螺紋，且設置有圓弧與大角度凸凹結構相結合的金屬密封結構，強度高，密封性能好，抗扭矩性能和抗彎曲能力高。
文檔編號E21B17/08GK102852468SQ201210125068
公開日2013年1月2日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權日2012年4月25日
發(fā)明者馮波, 耿玉娟 申請人:無錫西姆萊斯石油專用管制造有限公司