專利名稱：高密封特殊偏梯形螺紋管接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)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偏梯形螺紋管接頭。
背景技術(shù)：
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(dá)到數(shù)千米，其中螺紋接頭的連接強(qiáng)度、密封性能、抗彎曲能力、抗扭矩性能及拉伸載荷等性能的優(yōu)劣直接影響著油井管的連接質(zhì)量。不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)需要不同的螺紋連接形式的油井管，以滿足使用要求。 隨著油田開采的不斷發(fā)展，對油井管螺紋接頭的要求越來越嚴(yán)格，特別是對油井管的相關(guān)主要性能指標(biāo)要求越來越高?，F(xiàn)有的API (美國石油學(xué)會)偏梯形螺紋接頭，存在抗扭矩性能較弱，連接強(qiáng)度低，密封性能差，抗擠毀能力差等不足。世界各油井管加工企業(yè)對螺紋接頭不斷地創(chuàng)新，出現(xiàn)了不同的螺紋結(jié)構(gòu)連接形式，但是還是不能夠滿足油田開采的使用要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述問題，提供ー種高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，該接頭連接強(qiáng)度高，密封性能好，抗壓縮載荷能強(qiáng)，同時抗扭矩性能高。按照本發(fā)明的技術(shù)方案ー種高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，包括通過螺紋連接的接箍及管體，所述接箍內(nèi)壁的軸向中部設(shè)置有環(huán)狀的內(nèi)臺階柱面；所述接箍的兩端加工有標(biāo)準(zhǔn)偏梯形內(nèi)螺紋，所述偏梯形內(nèi)螺紋靠近所述內(nèi)臺階柱面的后端設(shè)置有楔形內(nèi)螺紋，所述管體端部的外壁上加工有標(biāo)準(zhǔn)偏梯形外螺紋，所述偏梯形外螺紋的前端設(shè)置有楔形外螺紋，所述楔形內(nèi)螺紋與所述楔形外螺紋的牙側(cè)角為負(fù)角度；所述內(nèi)臺階柱面的兩端面與所述管體的端部之間分別設(shè)置有金屬密封結(jié)構(gòu)，所述金屬密封結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所述接箍上的內(nèi)密封結(jié)構(gòu)及設(shè)置在所述管體上的外密封結(jié)構(gòu)；所述內(nèi)密封結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所述內(nèi)臺階柱面端面與所述接箍內(nèi)螺紋端部之間的內(nèi)圓錐面，所述內(nèi)臺階柱面的端面向外部凸出形成內(nèi)臺肩角，所述內(nèi)臺肩角與所述內(nèi)圓錐面之間設(shè)置有內(nèi)密封面過渡圓??；所述外密封結(jié)構(gòu)包括設(shè)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(nèi)凹入形成外臺肩角，所述外臺肩角與所述外圓錐面之間設(shè)置有外密封面過渡圓弧。所述牙側(cè)角的值為5° 15°。所述楔形內(nèi)螺紋與所述楔形外螺紋的牙數(shù)為Γ4牙。所述內(nèi)臺肩角的值為105° 125° ,所述外臺肩角比所述內(nèi)臺肩角的值小(Tl。；所述內(nèi)臺肩角與所述內(nèi)臺階柱面之間形成的銳角為內(nèi)臺肩平面倒角，所述內(nèi)臺肩平面倒角為60° 10°，所述外臺肩角與所述管體的內(nèi)壁面之間形成的銳角為管端平面倒角，所述管端平面倒角與所述內(nèi)臺肩平面倒角的值相同。所述內(nèi)密封面過渡圓弧與所述內(nèi)臺肩角之間設(shè)置有內(nèi)頂點圓弧，所述內(nèi)頂點圓弧的半徑為O. 25、. 60mm ;所述外密封面過渡圓弧與所述外臺肩角之間設(shè)置有外頂點圓弧，所述外頂點圓弧的半徑與所述內(nèi)頂點圓弧的半徑相同。所述內(nèi)臺肩角的頂點處設(shè)置有內(nèi)臺肩圓弧,所述內(nèi)臺肩圓弧的半徑為O. 3" . Omm ；所述外臺肩角的頂點處設(shè)置有外臺肩圓弧，所述外臺肩圓弧的半徑大于所述內(nèi)臺肩圓弧的半徑0 0. 5mm。所述內(nèi)圓錐面的長度為5 15mm，所述外圓錐面的長度比所述內(nèi)圓錐面的長度長半個螺距。所述內(nèi)密封結(jié)構(gòu)的內(nèi)密封面厚度為5 10mm，所述外密封結(jié)構(gòu)的外密封面厚度與所述內(nèi)密封面厚度相等。本發(fā)明的技術(shù)效果在于本發(fā)明在標(biāo)準(zhǔn)偏梯形螺紋的端部増加了楔形螺紋及金屬與金屬的非平面臺肩密封結(jié)構(gòu)，増加了接頭的連接強(qiáng)度、密封性能、抗彎曲能力、抗壓縮載荷能力和抗扭矩性能。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明分解后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明中的楔形的牙型圖。圖4為本發(fā)明中的內(nèi)密封結(jié)構(gòu)的放大圖。圖5為本發(fā)明中的外密封結(jié)構(gòu)的放大圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)ー步的說明。圖f圖5中，包括接箍I、管體2、偏梯形內(nèi)螺紋3、偏梯形外螺紋4、楔形內(nèi)螺紋5、楔形外螺紋6、內(nèi)密封結(jié)構(gòu)7、外密封結(jié)構(gòu)8、中徑線9、內(nèi)臺肩柱面10、錐度11、螺距12、齒高13、齒型牙寬14、齒型槽寬15、牙側(cè)角16、齒型圓弧17、內(nèi)圓錐面18、外圓錐面19、內(nèi)密封面厚度20、外密封面厚度21、內(nèi)密封面過渡圓弧22、外密封面過渡圓弧23、內(nèi)頂點圓弧24、外頂點圓弧25、內(nèi)臺肩圓弧26、外臺肩圓弧27、內(nèi)臺肩角28、外臺肩角29、內(nèi)臺肩平面倒角30、管端平面倒角31、內(nèi)臺肩曲面深度32、外臺肩曲面深度33、管體34等。如圖I、圖2所示，本發(fā)明是ー種高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，包括通過螺紋連接的接箍I及管體2、34，接箍I和管體2、34是以虛擬的中徑線9為基準(zhǔn)，以內(nèi)外螺紋進(jìn)行旋合，以管體2與管體34通過接箍I進(jìn)行若干連接形成油、套管柱，滿足油氣田生產(chǎn)使用要求。接箍I內(nèi)壁的軸向中部設(shè)置有環(huán)狀的內(nèi)臺階柱面10。內(nèi)臺階柱面10的長度范圍是5(T200mm，可増加接頭的連接強(qiáng)度和抗彎曲能力。接箍I的兩端加工有標(biāo)準(zhǔn)偏梯形內(nèi)螺紋3，偏梯形內(nèi)螺紋3靠近內(nèi)臺階柱面10的后端設(shè)置有楔形內(nèi)螺紋5。管體2、34端部的外壁上加工有標(biāo)準(zhǔn)偏梯形外螺紋4，偏梯形外螺紋4的前端設(shè)置有楔形外螺紋6。偏梯形內(nèi)螺紋3與偏梯形外螺紋4采用API標(biāo)準(zhǔn)。 如圖3所示，楔形內(nèi)螺紋5與楔形外螺紋6尺寸相同公差不同以達(dá)到過渡配合時的密封要求。楔形內(nèi)螺紋5與楔形外螺紋6的牙側(cè)角16為負(fù)角度，牙側(cè)角16的值為5° 15°。楔形內(nèi)螺紋5與楔形外螺紋6的錐度11為1:16、螺距12為5.08mm，其錐度、螺距與API標(biāo)準(zhǔn)相同，楔形螺紋旋合時，在偏梯形螺紋的引導(dǎo)下旋合自如，不會發(fā)生任何干渉。楔形內(nèi)螺紋5與楔形外螺紋6的齒高13為I. OOmnTl. 43mm、齒型牙寬14為I. 50mnT2. 07mm、齒型槽寬15為2. 55mnT3. 03mm、齒型圓弧17半徑為O. 40mnT0. 50mm。楔形內(nèi)螺紋5與楔形外螺紋6的牙數(shù)為廣4牙。在加工時，偏梯形螺紋向楔形螺紋過渡變形時應(yīng)平滑過渡，過渡面長度不能超過I個螺距的長度。偏梯形螺紋與楔形螺紋的總長度可以通過減少或増加偏梯形螺紋牙數(shù)，也可通過減少或増加楔形螺紋牙數(shù)來滿足管體2、34端部加工的總長度要求，但其增加或減少的牙數(shù)不能超過4牙，其接箍I螺紋的加工相同。再參見圖I及圖2，在接箍I內(nèi)臺階柱面10的兩端面與管體2、34的端部之間分別設(shè)置有金屬密封結(jié)構(gòu)。金屬密封結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在接箍I上的內(nèi)密封結(jié)構(gòu)7及設(shè)置在 管體
2、34上的外密封結(jié)構(gòu)8。如圖4所示，內(nèi)密封結(jié)構(gòu)7包括設(shè)置在內(nèi)臺階柱面10端面與接箍I內(nèi)螺紋端部之間的內(nèi)圓錐面18,內(nèi)圓錐面18的長度為5 15mm。內(nèi)臺階柱面10的端面向外部凸出形成內(nèi)臺肩角28，內(nèi)臺肩角28的值為105° 125°。內(nèi)臺肩角28的頂點處設(shè)置有內(nèi)臺肩圓弧26，內(nèi)臺肩圓弧26的半徑為O. 3 1.0_。內(nèi)臺肩角28與內(nèi)圓錐面18之間設(shè)置有內(nèi)密封面過渡圓弧22，內(nèi)密封面過渡圓弧22的半徑為I. 00mnT2. 00mm。內(nèi)密封面過渡圓弧22與內(nèi)臺肩角28之間設(shè)置有內(nèi)頂點圓弧24，內(nèi)頂點圓弧24的半徑為O. 25^0. 60mm。內(nèi)臺肩角28與內(nèi)臺階柱面10之間形成的銳角為內(nèi)臺肩平面倒角30，內(nèi)臺肩平面倒角30為60° 80°。內(nèi)密封面厚度20為5 IOmm,內(nèi)臺肩曲面深度32為I. OOmm 2. 00mm。如圖5所示，外密封結(jié)構(gòu)8包括設(shè)置在管體2、34端部外壁上的外圓錐面19，外圓錐面19的長度比內(nèi)圓錐面18的長度長半個螺距，以滿足楔形內(nèi)螺紋5與楔形外螺紋6在大扭矩下的緊密配合不發(fā)生干渉。管體2、34端部的端面向內(nèi)凹入形成外臺肩角29，外臺肩角29比內(nèi)臺肩角28的值小(Tl。，以O(shè). 5°最佳，滿足內(nèi)、外臺肩在機(jī)緊情況下造成的塑性變型狀態(tài)下達(dá)到過盈配合狀態(tài)。外臺肩角29的頂點處設(shè)置有外臺肩圓弧27，外臺肩圓弧27的半徑大于內(nèi)臺肩圓弧26的半徑(TO. 5mm,以滿足內(nèi)、夕卜臺肩在機(jī)緊狀態(tài)下，內(nèi)外圓弧配合時造成塑性變型狀態(tài)下達(dá)到過盈配合狀態(tài)。外臺肩角29與外圓錐面19之間設(shè)置有外密封面過渡圓弧23。外密封面過渡圓弧23與外臺肩角29之間設(shè)置有外頂點圓弧25，外頂點圓弧25的半徑與內(nèi)頂點圓弧24的半徑相同。外臺肩角29與管體2、34的內(nèi)壁面之間形成的銳角為管端平面倒角31，管端平面倒角31與內(nèi)臺肩平面倒角30的值相同。外密封面厚度21與內(nèi)密封面厚度20相等，以滿足管體2、34內(nèi)壁和接箍I內(nèi)臺階柱面10處于同一個平面，以有效減少氣體、液體在管道內(nèi)通行時的紊流現(xiàn)象，使能量損失降低為最小。外臺肩曲面深度33與內(nèi)臺肩曲面深度32相同。本發(fā)明操作吋，首先將管體2的外螺紋表面均勻涂抹ー層潤滑螺紋脂，再將接箍I的任意一端先套入管體2上，套入時應(yīng)將接箍I的內(nèi)螺紋與管體2的外螺紋先套入3 7扣，套扣時應(yīng)輕緩將外外螺紋對扣然后人力旋入，以人力旋合不動是為止，將已經(jīng)手緊旋合在一起的接箍I和管體2用石油管道擰接機(jī)器進(jìn)行進(jìn)一歩的機(jī)器擰接達(dá)到機(jī)器擰接時的過盈配合狀態(tài)。
當(dāng)接箍I與管體2在機(jī)器擰接過盈旋緊配合后，其楔形內(nèi)螺紋5、楔形外螺紋6在偏梯形螺紋的旋合引導(dǎo)下，能夠順利自如旋入配對達(dá)到過渡配合狀態(tài)型成一定的密封性，楔形螺紋能夠顯著増加其連接強(qiáng)度及抗彎曲能力，其楔形螺紋齒型具有高密封性能，有效提高螺紋接頭的高復(fù)合承載能力，可提供與管體相當(dāng)?shù)膬?nèi)壓抗カ；同時內(nèi)密封面厚度20與外密封面厚度21達(dá)到了過盈配合，大大增加了其高抗扭矩性能和壓縮載荷能力及拉伸載荷的能力。內(nèi)圓錐面18與外圓 錐面19兩者的外徑形成徑向過盈配合，大大增加其配合的密封性能。同時內(nèi)密封結(jié)構(gòu)7與外密封結(jié)構(gòu)8上的非平面臺肩在大扭矩旋合后形成的過盈配合也達(dá)到了一定的密封性能和抗彎曲能力，使其螺紋接頭具有多重密封結(jié)構(gòu)，有效提高螺紋接頭的高復(fù)合承載能力；機(jī)緊的位置和扭矩大小可以按照API標(biāo)準(zhǔn)操作或エ藝文件另行規(guī)定，但是必須以滿足內(nèi)密封面厚度20與外密封面厚度21在機(jī)緊旋合后不得有任何縫隙。同樣的緊固方法將其接箍I和管體34是以虛擬的中徑線9為基準(zhǔn)進(jìn)行緊密配合，達(dá)到管體34與管體2通過接箍I進(jìn)行若干連接型成油、套管柱滿足油氣田生產(chǎn)使用要求。在油田下井時將其一個個的連接件機(jī)緊連接型成數(shù)千米的油套管柱。本發(fā)明在標(biāo)準(zhǔn)偏梯形螺紋的端部増加了楔形螺紋密封結(jié)構(gòu)，楔形螺紋能夠顯著增加接頭的連接強(qiáng)度及抗彎曲能力，其楔型螺紋齒型具有高密封性能，有效提高螺紋接頭的高復(fù)合承載能力，可提供與管體相當(dāng)?shù)膬?nèi)壓抗カ，楔型螺紋有效提高螺紋接頭的防脫扣性能及拉伸載荷性能；本發(fā)明同時采用了金屬與金屬的非平面臺肩密封結(jié)構(gòu)，達(dá)到了螺紋接頭的多重密封結(jié)構(gòu)，大大増加了抗壓縮載荷能力和抗扭矩性能及高密封性能。本發(fā)明非常適合深井、超深井、高壓油井及高壓氣井使用。
權(quán)利要求
1.一種高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，包括通過螺紋連接的接箍(I)及管體(2、34)，所述接箍(I)內(nèi)壁的軸向中部設(shè)置有環(huán)狀的內(nèi)臺階柱面(10);其特征是所述接箍(I)的兩端加工有標(biāo)準(zhǔn)偏梯形內(nèi)螺紋(3)，所述偏梯形內(nèi)螺紋(3)靠近所述內(nèi)臺階柱面(10)的后端設(shè)置有楔形內(nèi)螺紋(5)，所述管體(2、34)端部的外壁上加工有標(biāo)準(zhǔn)偏梯形外螺紋(4)，所述偏梯形外螺紋(4)的前端設(shè)置有楔形外螺紋(6)，所述楔形內(nèi)螺紋(5)與所述楔形外螺紋(6)的牙側(cè)角(16)為負(fù)角度；所述內(nèi)臺階柱面(10)的兩端面與所述管體(2、34)的端部之間分別設(shè)置有金屬密封結(jié)構(gòu)，所述金屬密封結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所述接箍(I)上的內(nèi)密封結(jié)構(gòu)(7)及設(shè)置在所述管體(2、34)上的外密封結(jié)構(gòu)(8);所述內(nèi)密封結(jié)構(gòu)(7)包括設(shè)置在所述內(nèi)臺階柱面(10)端面與所述接箍(I)內(nèi)螺紋端部之間的內(nèi)圓錐面(18)，所述內(nèi)臺階柱面(10)的端面向外部凸出形成內(nèi)臺肩角(28)，所述內(nèi)臺肩角(28)與所述內(nèi)圓錐面(18)之間設(shè)置有內(nèi)密封面過渡圓弧(22);所述外密封結(jié)構(gòu)(8)包括設(shè)置在所述管體(2、34)端部外壁上的外圓錐面(19)，所述管體(2、34)端部的端面向內(nèi)凹入形成外臺 肩角(29)，所述外臺肩角(29 )與所述外圓錐面(19 )之間設(shè)置有外密封面過渡圓弧(23 )。
2.按照權(quán)利要求I所述的高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，其特征是所述牙側(cè)角(16)的值為5° 15°。
3.按照權(quán)利要求I所述的高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，其特征是所述楔形內(nèi)螺紋(5)與所述楔形外螺紋(6)的牙數(shù)為廣4牙。
4.按照權(quán)利要求I所述的高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，其特征是所述內(nèi)臺肩角(28)的值為105° 125°，所述外臺肩角(29)比所述內(nèi)臺肩角(28)的值小(Tl。；所述內(nèi)臺肩角(28)與所述內(nèi)臺階柱面(10)之間形成的銳角為內(nèi)臺肩平面倒角(30)，所述內(nèi)臺肩平面倒角(30)為60° 10°，所述外臺肩角(29)與所述管體(2、34)的內(nèi)壁面之間形成的銳角為管端平面倒角(31)，所述管端平面倒角(31)與所述內(nèi)臺肩平面倒角(30)的值相同。
5.按照權(quán)利要求4所述的高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，其特征是所述內(nèi)密封面過渡圓弧(22 )與所述內(nèi)臺肩角(28 )之間設(shè)置有內(nèi)頂點圓弧(24 )，所述內(nèi)頂點圓弧(24 )的半徑為0. 25、. 60mm ;所述外密封面過渡圓弧(23)與所述外臺肩角(29)之間設(shè)置有外頂點圓弧(25)，所述外頂點圓弧(25)的半徑與所述內(nèi)頂點圓弧(24)的半徑相同。
6.按照權(quán)利要求4所述的高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，其特征是所述內(nèi)臺肩角(28)的頂點處設(shè)置有內(nèi)臺肩圓弧(26)，所述內(nèi)臺肩圓弧(26)的半徑為0. 3 I. Omm;所述外臺肩角(29)的頂點處設(shè)置有外臺肩圓弧(27)，所述外臺肩圓弧(27)的半徑大于所述內(nèi)臺肩圓弧(26)的半徑0 0. 5mm。
7.按照權(quán)利要求I所述的高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，其特征是所述內(nèi)圓錐面(18)的長度為5 15mm，所述外圓錐面(19)的長度比所述內(nèi)圓錐面(18)的長度長半個螺距。
8.按照權(quán)利要求I所述的高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，其特征是所述內(nèi)密封結(jié)構(gòu)(7 )的內(nèi)密封面厚度(20 )為5 10mm，所述外密封結(jié)構(gòu)(8 )的外密封面厚度(21)與所述內(nèi)密封面厚度(20)相等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高密封特殊偏梯形螺紋管接頭，包括接箍及管體，接箍的中部設(shè)置有內(nèi)臺階柱面；接箍的兩端加工有標(biāo)準(zhǔn)偏梯形內(nèi)螺紋，偏梯形內(nèi)螺紋的后端設(shè)置有楔形內(nèi)螺紋，管體端部加工有標(biāo)準(zhǔn)偏梯形外螺紋，偏梯形外螺紋的前端設(shè)置有楔形外螺紋；內(nèi)臺階柱面的兩端面與管體的端部之間分別設(shè)置有金屬密封結(jié)構(gòu)，金屬密封結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在接箍上的內(nèi)密封結(jié)構(gòu)及設(shè)置在管體上的外密封結(jié)構(gòu)；內(nèi)密封結(jié)構(gòu)包括內(nèi)圓錐面及向外部凸出的內(nèi)臺肩角；外密封結(jié)構(gòu)包括外圓錐面及向內(nèi)凹入的外臺肩角。本發(fā)明在標(biāo)準(zhǔn)偏梯形螺紋的端部增加了楔形螺紋及非平面臺肩密封結(jié)構(gòu)，增加了接頭的連接強(qiáng)度、密封性能、抗彎曲能力、抗壓縮載荷能力和抗扭矩性能。
文檔編號E21B17/02GK102678065SQ201210184598
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月6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