專利名稱：耐高壓的石油套管的連接結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石油天然氣連接技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及ー種耐高壓的石油套管的連接結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
套管柱是由單根石油套管采用螺紋連接而成，套管柱的螺紋連接部位是薄弱環(huán)節(jié)。理論分析和實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，套管柱螺紋連接部位的抗振動(dòng)、抗高壓、抗高溫、耐腐蝕能力低于管體，導(dǎo)致套管柱在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中發(fā)生變形破壞。在通用的API標(biāo)準(zhǔn)中，石油套管采用圓螺紋外加厚或不加厚的螺紋連接方式。這些連接方式在保證套管柱結(jié)構(gòu)完整性和密封性 能存在一定的問(wèn)題。例如，采用不加厚圓螺紋連接的套管柱，其螺紋連接部位的強(qiáng)度只為管體強(qiáng)度的60% 80%，另外油氣中含有的硫化氧酸性成分會(huì)使普通API石油套管發(fā)生緩慢的應(yīng)カ腐蝕，逐漸降低其使用壽命。隨著石油開采技術(shù)的進(jìn)步，尤其是定向井、水平井、深井、超深井、高壓氣井、腐蝕性環(huán)境井的開發(fā)，對(duì)石油油管的使用性能提出了更高的要求，常用的API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的螺紋連接形式在許多情況下難以滿足用戶的使用需求。尤其在某些井深、壓カ高、環(huán)境惡劣的油田區(qū)域，套管柱受到的振動(dòng)沖擊比較大，使得套管柱的管接頭先于管體失效，成為套管柱的薄弱環(huán)節(jié)，大幅降低套管柱的使用壽命。目前，提高連接部位扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的方法主要是增大連接部位的外徑、減小連接部位的內(nèi)徑，以增加連接部位的斷面積。但是，為了減少泥漿的壓力損失和提高運(yùn)行性，希望連接部位具有外徑小、內(nèi)徑大的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，這ー點(diǎn)在深井和水平井中尤為重要。進(jìn)而，在反復(fù)上扣和卸扣及振動(dòng)沖擊作用下，螺紋粘扣是不允許出現(xiàn)的。同吋，由于扭矩臺(tái)肩大多采用圓弧面的線接觸，接觸面積小，抗扭能力弱。因此，需要開發(fā)ー種適用于高溫、高壓、耐腐蝕、抗振動(dòng)沖擊的管接頭，具有高連接強(qiáng)度、可靠的密封性能、超過(guò)10次上扣和10次卸扣而不粘扣和高抗振動(dòng)沖擊的能力。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供ー種具有較高的連接強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，使用壽命長(zhǎng)的耐高壓的石油套管的連接結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的所采用的技術(shù)方案是ー種耐高壓的石油套管的連接結(jié)構(gòu)，由帶有外螺紋的套管端頭和具有內(nèi)螺紋的管接頭螺紋連接而成，其特征在干，所述套管端頭具有端部墩粗結(jié)構(gòu)，加厚套管的頭部，所述套管端頭和管接頭采用的螺紋均為偏梯形錐螺紋；所述套管端頭的頭部設(shè)置有圓環(huán)面的外扭矩臺(tái)肩，所述管接頭上設(shè)置有與所述外扭矩臺(tái)肩相配合的圓環(huán)面的內(nèi)扭矩臺(tái)肩。所述套管端頭上的偏梯形錐螺紋的承載面牙型角為2° 4°，非承載面牙型角為30°，公端螺紋齒高為I. 26 2. 55mm,螺距分別為4. 98或4. 32或2. 95mm,螺紋錐度I :16 ;所述管接頭上偏梯形錐螺紋的承載面牙型角、非承載面牙型角、螺距、錐度均與外螺紋一致，齒高為I. 68 I. 78mm，所述管接頭上偏梯形錐螺紋的軸向過(guò)盈量為2. 5 5. Omm。所述套管端頭與管接頭的螺紋連接處設(shè)置有鋅鍍層，并涂有固體潤(rùn)滑劑SiC。所述套管端頭與管接頭連接后形成的內(nèi)孔平齊。所述管接頭上的兩個(gè)內(nèi)扭矩臺(tái)肩之間的軸向距離不小于40mm。外扭矩臺(tái)肩與內(nèi)扭矩臺(tái)肩沿徑向的大小不同。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是I、本實(shí)用新型的連接結(jié)構(gòu)通過(guò)套管端部墩粗，増加了完整螺紋的長(zhǎng)度，使連接結(jié)構(gòu)的連接強(qiáng)度得以加強(qiáng)。同吋，由于采用圓環(huán)面相接觸的扭矩臺(tái)肩，接觸面積大，扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度聞。2、本實(shí)用新型的連接結(jié)構(gòu)中，通過(guò)套管端部墩粗、套管端頭的外圓環(huán)面扭矩臺(tái)肩和管接頭上的內(nèi)圓環(huán)面的扭矩臺(tái)肩，連接的扭轉(zhuǎn)カ矩由圓環(huán)面的外扭矩臺(tái)肩和內(nèi)扭矩臺(tái)肩的接觸和螺紋表面的接觸變形承擔(dān)，連接部位的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度與螺紋面及扭矩圓環(huán)面的摩擦系數(shù)幾乎成正比，提高了扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和密封性能，連接強(qiáng)度也得以加強(qiáng)，提高了使用壽命。3、本實(shí)用新型的連接結(jié)構(gòu)中，較厚的扭矩臺(tái)肩可以保證在過(guò)扭的情況下接頭不會(huì)受:到破壞，提聞了使用壽命。4、本實(shí)用新型的連接結(jié)構(gòu)中，采用鋅鍍層和固體潤(rùn)滑劑的結(jié)合，具有較高的摩擦系數(shù)和優(yōu)良的耐粘扣性能。5、本實(shí)用新型的連接結(jié)構(gòu)中，偏梯形錐螺紋高度較矮、公母端內(nèi)孔平齊的設(shè)計(jì)使得油氣在傳送過(guò)程中不會(huì)發(fā)生紊流現(xiàn)象，減小傳輸阻力，同時(shí)增大了內(nèi)孔徑。6、本實(shí)用新型的連接結(jié)構(gòu)中的外扭矩臺(tái)肩與內(nèi)扭矩臺(tái)肩沿徑向的大小不同，保證了良好的接觸。

圖I所示為本實(shí)用新型耐高壓的石油套管的連接結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2所示為連接處的局部放大圖。圖中1.套管端頭，2.管接頭，3.內(nèi)扭矩臺(tái)肩，4.外扭矩臺(tái)肩，5、外螺紋，6.內(nèi)螺紋。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)用新型的耐高壓的石油套管的連接結(jié)構(gòu)的示意圖如圖I、圖2所示，由帶有外螺紋5的套管端頭I和具有內(nèi)螺紋6的管接頭2螺紋連接而成，所述套管端頭I具有端部墩粗結(jié)構(gòu)，加厚套管的頭部。所述套管端頭I和管接頭2采用的螺紋均為偏梯形錐螺紋。所述套管端頭I的頭部設(shè)置有圓環(huán)面的外扭矩臺(tái)肩4，所述管接頭2上設(shè)置有與所述外扭矩臺(tái)肩相配合的圓環(huán)面的內(nèi)扭矩臺(tái)肩3。所述管接頭上的兩個(gè)內(nèi)扭矩臺(tái)肩之間的軸向距離不小于40mm。外扭矩臺(tái)肩與內(nèi)扭矩臺(tái)肩沿徑向的大小不同。所述套管端頭上的偏梯形錐螺紋的承載面牙型角為2° 4°，非承載面牙型角為30°，公端螺紋齒高為I. 26 2. 55mm,螺距分別為4. 98或4. 32或2. 95mm,螺紋錐度I :16 ;所述管接頭上偏梯形錐螺紋的承載面牙型角、非承載面牙型角、螺距、錐度均與外螺紋一致，齒高為I. 68 I. 78mm，所述管接頭上偏梯形錐螺紋的軸向過(guò)盈量為2. 5 5. Omm。為了防止粘扣，所述套管端頭與管接頭的螺紋連接處設(shè)置有鋅鍍層，并涂有固體潤(rùn)滑劑SiC。采用12CrlMoV材料的套管和接頭，通過(guò)鋅鍍層和固體潤(rùn)滑劑SiC相結(jié)合，摩擦系數(shù)達(dá)到O. 35，比只鍍鋅時(shí)的摩擦系數(shù)提高兩倍以上。不粘扣的滑動(dòng)距離能到5000mm以上，能保證實(shí)現(xiàn)10次上扣和卸扣不粘扣。所述套管端頭與管接頭連接后形成的內(nèi)孔平齊，使得油氣在傳送過(guò)程中不會(huì)發(fā)生紊流現(xiàn)象。出廠前管接頭的ー邊先與套管端頭擰接到位，運(yùn)輸至油田，需要下井時(shí)再與另ー根套管端頭進(jìn)行擰接下井，形成密閉的套管柱直至數(shù)千米深的采油氣層。在擰接上扣過(guò)程中，套管端頭與管接頭進(jìn)行旋合擰接，套管端頭上的外螺紋和管接頭上的內(nèi)螺紋旋緊，配合在一起直至開始發(fā)生過(guò)盈而產(chǎn)生一定的接觸應(yīng)力，但由于公母 端螺紋中間有一定的空隙。因此，并不能完成密封。然后套管端頭上的圓環(huán)面外扭矩臺(tái)肩與管接頭的圓環(huán)面內(nèi)扭矩臺(tái)肩部分開始接觸吋，旋合扭矩立即快速上升到達(dá)設(shè)計(jì)的扭矩值時(shí)自動(dòng)停止旋合，為套管端頭和管接頭之間提供準(zhǔn)確的擰接定位，相互接觸的圓環(huán)面發(fā)生變形達(dá)到密封的效果。而且由于扭矩臺(tái)肩圓環(huán)面的環(huán)形面積較大，所以過(guò)扭矩能力很強(qiáng)。過(guò)扭矩能力能達(dá)到最佳扭矩的2倍以上。此時(shí)，套管端頭和管接頭能保證連接強(qiáng)度超過(guò)管體強(qiáng)度，受到內(nèi)壓或外壓時(shí)不會(huì)先與管體發(fā)生泄漏。然后下放管柱繼續(xù)進(jìn)行下一根套管的上扣連接。本實(shí)用新型采用套管端頭墩粗結(jié)構(gòu)、圓環(huán)面臺(tái)肩結(jié)構(gòu)和偏梯形錐螺紋設(shè)計(jì)，同現(xiàn)在通用的連接結(jié)構(gòu)相比，套管柱外形尺寸減小15%，強(qiáng)度增加了 50%;通過(guò)采用鋅鍍層和固體潤(rùn)滑劑相結(jié)合的方法，比采用鍍銅方法相比，強(qiáng)度提高了 20%。通過(guò)反復(fù)上扣和卸扣試驗(yàn)，不粘扣的次數(shù)可以達(dá)到120次。本實(shí)用新型的連接結(jié)構(gòu)，改善了石油套管連接部位強(qiáng)度低、密封不嚴(yán)和抗振動(dòng)沖擊效果不佳的狀況，適用于井深壓カ高、腐蝕環(huán)境惡劣、套管柱受到振動(dòng)沖擊比較大的井況。以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.ー種耐高壓的石油套管的連接結(jié)構(gòu)，由帶有外螺紋的套管端頭和具有內(nèi)螺紋的管接頭螺紋連接而成，其特征在干，所述套管端頭具有端部墩粗結(jié)構(gòu)，加厚套管的頭部，所述套管端頭和管接頭采用的螺紋均為偏梯形錐螺紋；所述套管端頭的頭部設(shè)置有圓環(huán)面的外扭矩臺(tái)肩，所述管接頭上設(shè)置有與所述外扭矩臺(tái)肩相配合的圓環(huán)面的內(nèi)扭矩臺(tái)肩。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耐高壓的石油套管的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述套管端頭上的偏梯形錐螺紋的承載面牙型角為2° 4°，非承載面牙型角為30°，公端螺紋齒高為I. 26 2. 55mm,螺距分別為4. 98或4. 32或2. 95mm,螺紋錐度I :16 ;所述管接頭上偏梯形錐螺紋的承載面牙型角、非承載面牙型角、螺距、錐度均與外螺紋一致，齒高為I. 68 I.78_，所述管接頭上偏梯形錐螺紋的軸向過(guò)盈量為2. 5 5. 0_。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的耐高壓的石油套管的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述套管端頭與管接頭的螺紋連接處設(shè)置有鋅鍍層，并涂有固體潤(rùn)滑劑Sic。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐高壓的石油套管的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述套管端頭與管接頭連接后形成的內(nèi)孔平齊。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐高壓的石油套管的連接結(jié)構(gòu)，其特征在干，所述管接頭上的兩個(gè)內(nèi)扭矩臺(tái)肩之間的軸向距離不小于40mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐高壓的石油套管的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，外扭矩臺(tái)肩與內(nèi)扭矩臺(tái)肩沿徑向的大小不同。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種耐高壓的石油套管的連接結(jié)構(gòu)，而提供一種具有較高的連接強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，使用壽命長(zhǎng)的耐高壓的石油套管的連接結(jié)構(gòu)。由帶有外螺紋的套管端頭和具有內(nèi)螺紋的管接頭螺紋連接而成，套管端頭具有端部墩粗結(jié)構(gòu)，加厚套管的頭部，套管端頭和管接頭采用的螺紋均為偏梯形錐螺紋；套管端頭的頭部設(shè)置有圓環(huán)面的外扭矩臺(tái)肩，管接頭上設(shè)置有與所述外扭矩臺(tái)肩相配合的圓環(huán)面的內(nèi)扭矩臺(tái)肩。本實(shí)用新型的連接結(jié)構(gòu)通過(guò)套管端部墩粗，增加了完整螺紋的長(zhǎng)度，使連接結(jié)構(gòu)的連接強(qiáng)度得以加強(qiáng)。同時(shí)，由于采用圓環(huán)面相接觸的扭矩臺(tái)肩，接觸面積大，扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度高。
文檔編號(hào)E21B17/08GK202645465SQ201220264988
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月6日
發(fā)明者李連進(jìn), 盛雪利, 陳紅 申請(qǐng)人:天津商業(yè)大學(xué)