專(zhuān)利名稱(chēng)：高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及應(yīng)用于石油行業(yè)的油井管螺紋接頭，具體地說(shuō)是一種高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭。
背景技術(shù)：
油井管行業(yè)中的油套管主要是通過(guò)螺紋 接頭連接起來(lái)，形成油套管柱，長(zhǎng)度達(dá)到數(shù)千米，其中螺紋接頭連接的強(qiáng)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(xiàn)有的油套管圓螺紋連接的結(jié)構(gòu)基本上都是API(美國(guó)石油學(xué)會(huì))標(biāo)準(zhǔn)圓螺紋，技術(shù)比較成熟，但使用效果不夠理想。這種標(biāo)準(zhǔn)圓螺紋接頭的密封面性能差，抗彎曲能力弱，往往導(dǎo)致在螺紋連接部位發(fā)生泄露、斷裂、滑脫等質(zhì)量事故。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭，該接頭連接強(qiáng)度高，密封性能好，抗彎曲能力強(qiáng)，入扣性能好。按照本實(shí)用新型的技術(shù)方案一種高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭，包括通過(guò)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(dǎo)向面牙側(cè)角為40°飛0°，其承載面牙側(cè)角為1° 5°，其錐度為1:81:20;所述接箍?jī)?nèi)壁的軸向中部設(shè)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(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)密封面及設(shè)置在所述管體上的外密封面；所述內(nèi)密封面包括設(shè)置在所述中間柱面端面與所述接箍?jī)?nèi)螺紋端部之間的內(nèi)圓錐面及過(guò)渡錐面，所述中間柱面的端面向外部凸出形成內(nèi)密封夾角，所述內(nèi)密封夾角與所述內(nèi)圓錐面之間設(shè)置有內(nèi)密封端弧面；所述外密封面包括設(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)凹入形成外密封夾角，所述外密封夾角與所述外圓錐面之間設(shè)置有外密封端弧面。所述內(nèi)密封夾角的值為110° 130°，所述外密封夾角比所述內(nèi)密封夾角的值小(Γ2° ;所述內(nèi)密封夾角與所述中間柱面之間形成的銳角為內(nèi)密封面端角，所述內(nèi)密封面端角為65° 15°，所述外密封夾角與所述管體的內(nèi)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(nèi)密封面端角小(Γ2°。所述內(nèi)圓錐面的錐度與所述螺紋的錐度相同，所述過(guò)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(xiàn)。所述內(nèi)密封端弧面的半徑為O. 5^2. 0mm，所述外密封端弧面的半徑與所述內(nèi)密封端弧面的半徑相同。所述內(nèi)密封端弧面與所述內(nèi)密封夾角之間設(shè)置有內(nèi)密封端過(guò)渡圓弧，所述內(nèi)密封端過(guò)渡圓弧的半徑為O. Γ0. 5mm ;所述外密封端弧面與所述外密封夾角之間設(shè)置有外密封端過(guò)渡圓弧，所述外密封端過(guò)渡圓弧的半徑與所述內(nèi)密封端過(guò)渡圓弧的半徑相同。所述內(nèi)密封夾角的頂點(diǎn)處設(shè)置有內(nèi)密封角度過(guò)渡圓弧,所述內(nèi)密封角度過(guò)渡圓弧的半徑為O. 3^0. 8mm ;所述外密封夾角的頂點(diǎn)處設(shè)置有外密封角度過(guò)渡圓弧，所述外密封角度過(guò)渡圓弧的半徑小于所述內(nèi)密封角度過(guò)渡圓弧的半徑O. 2^0. 3mm。所述外密封面的外圓錐面長(zhǎng)度為8 20mm，所述內(nèi)密封面的長(zhǎng)度比所述外圓錐面的長(zhǎng)度長(zhǎng)半個(gè)螺距，所述內(nèi)圓錐面的長(zhǎng)度為5 10mm，所述過(guò)渡錐面的長(zhǎng)度為3 10mm。所述內(nèi)密封面的厚度為3 10mm，所述外密封面的厚度與所述內(nèi)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_。本實(shí)用新型的技術(shù)效果在于本實(shí)用新型采用非對(duì)稱(chēng)的特殊圓螺紋，牙型的導(dǎo)向面牙側(cè)角比標(biāo)準(zhǔn)圓螺紋大，螺紋的入扣性能好，在機(jī)緊時(shí)不易錯(cuò)扣；牙型的承載面牙側(cè)角形成倒鉤，提高了螺紋的連接強(qiáng)度，增加了牙型密封性能，同時(shí)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(gè)圓弧與大角度凸凹結(jié)構(gòu)相結(jié)合的金屬密封結(jié)構(gòu)，使其在過(guò)盈配合后能夠有效提高抗扭矩性能和密封性能。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型分解后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型中的螺紋牙型圖。圖4為本實(shí)用新型中的內(nèi)密封面的放大圖。圖5為本實(shí)用新型中的外密封面的放大圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的說(shuō)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(dǎo)向面牙側(cè)角6、承載面牙側(cè)角7、齒底圓弧8、齒頂圓弧9、錐度10、螺距11、牙型角12、內(nèi)密封面13、外密封面14、中間柱面15、外圓錐面16、內(nèi)圓錐面17、外密封端弧面18、內(nèi)密封端弧面19、外密封端過(guò)渡圓弧20、內(nèi)密封端過(guò)渡圓弧21、外密封角度過(guò)渡圓弧22、內(nèi)密封角度過(guò)渡圓弧23、外密封面端角24、內(nèi)密封面端角25、外密封夾角26、內(nèi)密封夾角27、外密封面厚度28、內(nèi)密封面厚度29、內(nèi)密封過(guò)渡錐面30、內(nèi)密封面長(zhǎng)度31、中徑線(xiàn)32等。如圖I、圖2所示，本實(shí)用新型是一種高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭，包括通過(guò)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(xiàn)32為基準(zhǔn)進(jìn)行緊密配合，達(dá)到管體2與管體3通過(guò)接箍I進(jìn)行若干連接形成油、套管柱滿(mǎn)足油氣田生產(chǎn)使用要求。本實(shí)用新型中的螺紋4的牙型為帶有圓弧齒頂及圓弧齒底的特殊圓螺紋，由對(duì)稱(chēng)的牙型改為偏向承載面的非對(duì)稱(chēng)牙型。如圖3所示，螺紋4的導(dǎo)向面牙側(cè)角6為40°飛0°，其承載面牙側(cè)角7為1° 5° ,牙型角12的范圍為導(dǎo)向面牙側(cè)角6與承載面牙側(cè)角7之差。[0025]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O. 2(Tl. 0mm。再參見(jiàn)圖I及圖2，在接箍I內(nèi)壁的軸向中部設(shè)置有環(huán)狀的中間柱面15，中間柱面15的長(zhǎng)度范圍是5(T200mm，增加接頭的連接強(qiáng)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(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)密封面13及設(shè)置在管體2、3上的外密封面14。如圖4所示，內(nèi)密封面13包括設(shè)置在中間柱面15端面與接箍I內(nèi)螺紋端部之間的內(nèi)圓錐面17及過(guò)渡錐面30，中間柱面15的端面向外部凸出形成內(nèi)密封夾角27，內(nèi)密封夾角27與內(nèi)圓錐面17之間設(shè)置有內(nèi)密封端弧面19。內(nèi)密封面13的厚度29為3 10mm，內(nèi)密封面13的長(zhǎng)度31比外圓錐面16的長(zhǎng)度長(zhǎng)半個(gè)螺距11，其中，內(nèi)圓錐面17的長(zhǎng)度為5 10mm，過(guò)渡錐面30的長(zhǎng)度為3 10mm。內(nèi)圓錐面17的錐度與螺紋4的錐度相同，過(guò)渡錐面30的錐度大于螺紋4的錐度，以達(dá)到其平滑過(guò)渡同時(shí)對(duì)外密封面14起到導(dǎo)向作用。內(nèi)密封端弧面19的半徑為O. 5^2. Omm,內(nèi)密封端弧面19與內(nèi)密封夾角27之間設(shè)置有內(nèi)密封端過(guò)渡圓弧21，內(nèi)密封端過(guò)渡圓弧21的半徑為
O.I、. 5mm。內(nèi)密封夾角27的值為110° 130° ;內(nèi)密封夾角27與中間柱面15之間形成的銳角為內(nèi)密封面端角25，內(nèi)密封面端角25為65° ^85°。內(nèi)密封夾角27的頂點(diǎn)處設(shè)置有內(nèi)密封角度過(guò)渡圓弧23，內(nèi)密封角度過(guò)渡圓弧23的半徑為O. 3^0. 8mm。如圖5所示，外密封面14包括設(shè)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(nèi)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(shè)置有外密封端弧面18。外密封面14的厚度15與內(nèi)密封面13的厚度16相等，以達(dá)到接箍I的中間柱面15與管體2、3的內(nèi)壁平齊，保持在同一個(gè)平面，減小流體在管體內(nèi)的通行阻力。外密封面14的外圓錐面16長(zhǎng)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(xiàn)，這樣就不會(huì)造成其表面觸碰內(nèi)螺紋齒頂。外密封端弧面18的半徑與內(nèi)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(shè)置有外密封端過(guò)渡圓弧20，外密封端過(guò)渡圓弧20的半徑與內(nèi)密封端過(guò)渡圓弧21的半徑相同。外密封夾角26比內(nèi)密封夾角27的值小(Γ2° ,以到達(dá)過(guò)盈配合的作用。外密封夾角26與管體2、3的內(nèi)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(nèi)密封面端角25小(Γ2°，以到達(dá)過(guò)盈配合的作用。外密封夾角26的頂點(diǎn)處設(shè)置有外密封角度過(guò)渡圓弧22，外密封角度過(guò)渡圓弧22的半徑小于內(nèi)密封角度過(guò)渡圓弧23的半徑O. 2^0. 3_。本實(shí)用新型操作時(shí)，先將接箍I的任意一端先套入管體2上，套入時(shí)應(yīng)將接箍I的內(nèi)螺紋與管體2的外螺紋先套入Γ7扣，由于導(dǎo)向面牙側(cè)角6坡度較大，套扣時(shí)在重力作用下入扣非常容易，不會(huì)造成內(nèi)螺紋齒頂和外螺紋齒頂頂扣、造成錯(cuò)扣機(jī)緊現(xiàn)象。然后人力旋入，以人力旋合不動(dòng)時(shí)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)一步的機(jī)器擰接達(dá)到機(jī)器擰接時(shí)的過(guò)盈配合狀態(tài)。因接箍I有內(nèi)密封面13，當(dāng)機(jī)器擰接過(guò)盈旋緊配合后具有較大的抗扭矩性能和高密封性能，機(jī)緊的位置和扭矩大小可以按照API標(biāo)準(zhǔn)操作或工藝文件另行規(guī)定，但是必須滿(mǎn)足內(nèi)密封面13與外密封面14在機(jī)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(xiàn)32為基準(zhǔn)進(jìn)行緊密配合，達(dá)到管體2與管體3通過(guò)接箍I進(jìn)行若干連接形成油、套管柱滿(mǎn)足油氣田生產(chǎn)使用要求，在油田下井時(shí)將其一個(gè)個(gè)的連接件機(jī)緊連接形成數(shù)千米的油套管柱。本實(shí)用新型采用非對(duì)稱(chēng)的特殊圓螺紋，牙型的導(dǎo)向面牙側(cè)角比標(biāo)準(zhǔn)圓螺紋大，螺紋的入扣性能好，在機(jī)緊時(shí)不易錯(cuò)扣；牙型的承載面牙側(cè)角形成倒鉤，提高了螺紋的連接強(qiáng)度，增加了牙型密封性能，同時(shí)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(gè)圓弧與大角度凸凹結(jié)構(gòu)相結(jié)合的金屬密封結(jié)構(gòu)，使其在過(guò)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(zhǎng)度，提高了接頭的抗彎曲能力。本實(shí)用新型加工簡(jiǎn)單方便，使用范圍廣，安全可靠；能夠承受外界高強(qiáng)度復(fù)雜的力施加而不泄露或損壞，滿(mǎn)足油田的使用要求。
權(quán)利要求1.一種高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭，包括通過(guò)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(dǎo)向面牙側(cè)角(6)為40° 50°，其承載面牙側(cè)角(7)為1° 5°，其錐度(10)為1:8 1:20;所述接箍(I)內(nèi)壁的軸向中部設(shè)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(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)密封面(13)及設(shè)置在所述管體(2、3)上的外密封面(14);所述內(nèi)密封面(13)包括設(shè)置在所述中間柱面(15)端面與所述接箍(I)內(nèi)螺紋端部之間的內(nèi)圓錐面(17)及過(guò)渡錐面(30)，所述中間柱面(15)的端面向外部凸出形成內(nèi)密封夾角(27)，所述內(nèi)密封夾角(27)與所述內(nèi)圓錐面(17)之間設(shè)置有內(nèi)密封端弧面(19);所述外密封面(14)包括設(shè)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(nèi)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(shè)置有外密封端弧面(18 )。
2.按照權(quán)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(nèi)密封夾角(27)的值為110° 130°，所述外密封夾角(26)比所述內(nèi)密封夾角(27)的值小(T2° ；所述內(nèi)密封夾角(27)與所述中間柱面(15)之間形成的銳角為內(nèi)密封面端角(25)，所述內(nèi)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(nèi)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(nèi)密封面端角(25)小(T2°。
3.按照權(quán)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(nèi)圓錐面(17)的錐度與所述螺紋(4)的錐度相同，所述過(guò)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(xiàn)。
4.按照權(quán)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(nèi)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(nèi)密封端弧面(19)的半徑相同。
5.按照權(quán)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(nèi)密封端弧面(19)與所述內(nèi)密封夾角(27)之間設(shè)置有內(nèi)密封端過(guò)渡圓弧(21)，所述內(nèi)密封端過(guò)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(shè)置有外密封端過(guò)渡圓弧(20)，所述外密封端過(guò)渡圓弧(20)的半徑與所述內(nèi)密封端過(guò)渡圓弧(21)的半徑相同。
6.按照權(quán)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(nèi)密封夾角(27)的頂點(diǎn)處設(shè)置有內(nèi)密封角度過(guò)渡圓弧(23)，所述內(nèi)密封角度過(guò)渡圓弧(23)的半徑為0. 3^0. 8mm ;所述外密封夾角(26)的頂點(diǎn)處設(shè)置有外密封角度過(guò)渡圓弧(22)，所述外密封角度過(guò)渡圓弧(22)的半徑小于所述內(nèi)密封角度過(guò)渡圓弧(23)的半徑0. 2^0. 3mm。
7.按照權(quán)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(zhǎng)度為8 20mm，所述內(nèi)密封面(13)的長(zhǎng)度(31)比所述外圓錐面(16)的長(zhǎng)度長(zhǎng)半個(gè)螺距(11)，所述內(nèi)圓錐面(17)的長(zhǎng)度為5 10mm，所述過(guò)渡錐面(30)的長(zhǎng)度為3 10mm。
8.按照權(quán)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(nèi)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(nèi)密封面(13)的厚度(16)相等。
9.按照權(quán)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(quán)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。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種高密封特殊圓螺紋油套管連接接頭，包括通過(guò)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?jī)?nèi)壁的中部設(shè)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(shè)置有金屬密封結(jié)構(gòu)；內(nèi)密封面包括設(shè)置在中間柱面端面與接箍?jī)?nèi)螺紋端部之間的內(nèi)圓錐面及過(guò)渡錐面，中間柱面的端面向外部凸出形成內(nèi)密封夾角，內(nèi)密封夾角與內(nèi)圓錐面之間設(shè)置有內(nèi)密封端弧面；外密封面包括設(shè)置在管體端部外壁上的外圓錐面，管體端部的端面向內(nèi)凹入形成外密封夾角。本實(shí)用新型采用非對(duì)稱(chēng)的特殊圓螺紋，且設(shè)置有圓弧與大角度凸凹結(jié)構(gòu)相結(jié)合的金屬密封結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度高，密封性能好，抗扭矩性能和抗彎曲能力高。
文檔編號(hào)E21B17/08GK202578553SQ20122018153
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者馮波, 耿玉娟 申請(qǐng)人:無(wú)錫西姆萊斯石油專(zhuān)用管制造有限公司