專利名稱：氣密封鋸齒形油井管螺紋接頭結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及油井管螺紋連接技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種采用鋸齒形螺紋并具有高氣密封性能的油井管螺紋接頭結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在開采石油和天然氣的過程中，幾百根石油油管通過螺紋接頭連接起來，組成幾千米長(zhǎng)的管柱，接頭需要承受內(nèi)壓、外壓、拉伸、彎曲載荷等，接頭部位是整個(gè)管柱的最薄弱的環(huán)節(jié)。隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展和能源需求的不斷增加，越來越多的天然氣井陸續(xù)投入開采，天然氣比油井更容易從油管聯(lián)接部位泄漏，而且天然氣井的井壓往往較高，有些天然氣井的井壓甚至達(dá)到上IOOMPa以上，并且井深在5000m以上，這時(shí)普通的API油管聯(lián)接接頭已經(jīng)達(dá)不到使用要求。目前，油井管采用的接頭通常為API標(biāo)準(zhǔn)接頭，套管采用圓螺紋和偏梯形螺紋連接形式，油管采用的是圓螺紋連接形式，但采用API圓螺紋連接的油管的連接強(qiáng)度只相當(dāng)于管體強(qiáng)度的60% 80%，抗彎曲性能也差，容易發(fā)生滑脫事故，并且密封性能也達(dá)不到天然氣井開采的使用要求，常常發(fā)生泄漏，引起嚴(yán)重后果。為了克服API標(biāo)準(zhǔn)接頭上述的缺點(diǎn)，目前研究人員已開發(fā)了出了大量的特殊螺紋接頭。例如專利公開號(hào)為CN 2575286Y的“油、套管螺紋接頭”實(shí)用新型專利，該專利技術(shù)對(duì)API聯(lián)接螺紋接頭進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的螺紋接頭為一種錐形螺紋接頭，由外螺紋件和內(nèi)螺紋件通過螺紋連接而成，其螺紋為改進(jìn)的偏梯形螺紋，外螺紋件前端有一個(gè)圓柱密封面，內(nèi)螺紋件的螺紋以外有一個(gè)凸起球面密封面，柱面與球面過盈配合構(gòu)成主密封部分。外螺紋件前端倒成-9°或-15°角，與內(nèi)螺紋件的-9°或-15°臺(tái)肩過盈配合構(gòu)成副密封部分。該實(shí)用新型采用了金屬/金屬密封結(jié)構(gòu)，利用外螺紋件前端的圓柱密封面與內(nèi)螺紋件后端的球面密封面之間的過盈配合起密封作用，密封性能進(jìn)一步增強(qiáng)。但其缺點(diǎn)是:1)圓柱面/球面之間的接觸屬于線接觸，接觸長(zhǎng)度很短，為達(dá)到密封效果必須使此處產(chǎn)生很高的接觸壓力，密封面非常容易損壞；2)扭矩臺(tái)肩最大為-15°，該角度偏小，輔助密封效果差，對(duì)密封不利。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足而提供一種采用鋸齒形螺紋并具有高氣密封性能的油管螺紋接頭結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種氣密封鋸齒形油井管螺紋接頭結(jié)構(gòu)，在管體上依次加工有鋸齒形外螺紋、圓柱面、圓錐密封面和端面臺(tái)肩；在接箍上依次加工有鋸齒形內(nèi)螺紋、圓柱孔、圓錐密封孔和止扣扭矩臺(tái)肩。鋸齒形外螺紋和鋸齒形內(nèi)螺紋的螺距分別為每英寸5 8牙，錐度分別為1:16，螺紋母線平行于錐線；鋸齒形外螺紋的承載面角為Y1，導(dǎo)向面角為Q1，鋸齒形內(nèi)螺紋的承載面角為Y2，導(dǎo)向面角為θ2，其中Yl= Y2= 1° 7°，Q1 = θ2= 10° 25° ;鋸齒形內(nèi)螺紋的高度為Ii1，鋸齒形外螺紋的高度為h2，其中Ii1 = h2+0.2 = 0.98 1.18mm。接箍上圓錐密封孔與止扣扭矩臺(tái)肩之間采用圓弧光滑過渡，其圓弧半徑為R1,R1=0.4 0.7mm ;管體上的圓錐密封面與端面臺(tái)肩之間采用圓弧光滑過渡，其圓弧半徑為R2, R2= Ri+0.1mm ;管體上的圓錐密封面與圓柱面之間采用圓弧光滑過渡，其圓弧半徑為R3,R3與R2滿足關(guān)系:R3=6R2=3 4.2mm，這樣有利于管體上的圓錐密封面順利旋入接箍上的圓錐密封孔。管體上端面臺(tái)肩與垂線之間的夾角為a 2，接箍上扭矩臺(tái)肩與垂線之間的夾角為a I，a I與a 2之間丨兩足如下關(guān)系Ia1=Q2 = IS 30 。這樣的臺(tái)肩角度，使接觸壓力在徑向的分量增大，接頭在拉伸、彎曲載荷作用下仍能保證密封效果。接箍上圓錐密封孔與垂線之間的夾角為P1，管體上圓錐密封面與垂線之間的夾角為@2，P1與P2之間滿足如下關(guān)系:^^=^^=75° 105°。P1與P2相同，可以使兩個(gè)錐面完全緊密接觸，接觸壓力均勻分布，最大限度地提高密封可靠性。內(nèi)螺紋和外螺紋之間的直徑方向過盈量控制在0.08 0.28mm之間，該過盈量遠(yuǎn)小于普通API油管螺紋的過盈量，因螺紋過盈量減少而損失的上扣扭矩將由端面臺(tái)肩和止扣扭矩臺(tái)肩共同分擔(dān)，這樣，螺紋部位產(chǎn)生的應(yīng)力集中程度得以緩解，有利于提高接頭的抗應(yīng)力腐蝕能力。密封由圓錐密封面和圓錐密封孔配合及端面臺(tái)肩和止扣扭矩臺(tái)肩配合來實(shí)現(xiàn)，其中:圓錐密封面和圓錐密封孔配合起主要密封作用，其直徑方向過盈量在0.25 0.55mm之間；端面臺(tái)肩和止扣扭矩臺(tái)肩配合起輔助密封作用，其軸向過盈量在0.05 0.1mm之間。這兩個(gè)密封結(jié)構(gòu)可以起到同樣的密封效果，如果其中一個(gè)密封結(jié)構(gòu)損壞，另一個(gè)仍然可以起到同樣的密封性效果。管體上的圓柱面與接箍上的圓柱孔之間存在0.2 0.6mm的間隙，這個(gè)間隙可以儲(chǔ)存擰緊過程中多余的螺紋脂，也方便加工過程刀具的退出。接頭使用時(shí)，外螺紋與內(nèi)螺紋、圓錐密封面與圓錐密封孔分別發(fā)生徑向過盈，端面臺(tái)肩與止扣扭矩臺(tái)肩形成軸向過盈配合，管體與接箍旋合后內(nèi)通孔平齊。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下特點(diǎn):1、螺紋采用鋸齒形螺紋，承載面角1° 7°，導(dǎo)向面角10° 25°，既保證了管柱在拉伸和壓縮狀態(tài)下的性能，同時(shí)，內(nèi)、外螺紋采用齒高不一致，并采用小徑過盈，能最大限度地降低螺紋在在擰緊狀態(tài)下得應(yīng)力集中，因此，該接頭連接強(qiáng)度能達(dá)到或超過管體的連接強(qiáng)度。2、將主密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為內(nèi)螺紋錐面和外螺紋錐面密封，外螺紋錐面由光滑圓弧引導(dǎo)，主密封面上的接觸壓力分布均勻，密封效果明顯增強(qiáng)。3、優(yōu)化了端面臺(tái)肩與止扣扭矩臺(tái)肩的角度，使得臺(tái)肩的輔助密封效果大大增強(qiáng)，輔助密封可以達(dá)到與主密封同樣的密封效果。4、管體與接箍采 用內(nèi)通孔平齊的設(shè)計(jì)，保證了油氣在傳輸?shù)倪^程中不發(fā)生紊流現(xiàn)象，有效的減小傳輸阻力。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型的詳細(xì)結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步描述。

[0021]附圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為鋸齒形內(nèi)螺紋的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3為鋸齒形外螺紋的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4為附圖1中的I部放大圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一、一種氣密封鋸齒形油井管螺紋接頭結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例是用于Φ73.0X5.51 mm的油管，鋼級(jí)為L(zhǎng)80，油管管體I的幾何尺寸包括外徑、壁厚等均采用API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，油管管體I材料滿足API標(biāo)準(zhǔn)對(duì)L80鋼級(jí)油管材料的要求。接箍6和油管管體I的螺距每英寸8牙，錐度1:16，其中:接箍6上內(nèi)螺紋7的齒高Ii1為0.98mm，導(dǎo)向面角02為15°，承載面角為Y2為3°，接箍6上圓錐密封孔9與止扣扭矩臺(tái)肩10之間的圓弧半徑R1為0.4 mm,止扣扭矩臺(tái)肩10與垂線之間的夾角a i為18°，圓錐密封孔9與垂線之間的夾角β i為80° ;油管管體I上外螺紋2的齒高h(yuǎn)2為0.78mm,導(dǎo)向面角G1SlS0，承載面角為Y1為3°，管體I上的圓錐密封面4與圓柱面3之間的圓弧半徑R3為3mm,圓錐密封面4與端面臺(tái)肩5之間的圓弧半徑R2為0.5mm,端面臺(tái)肩5與垂線之間的夾角α2為18°，圓錐密封面4與垂線之間的夾角為β2=80°。管體I上的圓柱面3與接箍6上的圓柱孔8之間存在0.3mm的間隙，這個(gè)間隙可以儲(chǔ)存擰緊過程中多余的螺紋脂，也方便加工過程刀具的退出。該接頭的氣密封抗力可達(dá)104.2MPa以上。實(shí)施例二、一種氣密封鋸齒形油井管螺紋接頭結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例是用于Φ 114.3 X 8.65mm的油管，鋼級(jí)為Pl 10，油管管體I的幾何尺寸包括外徑、壁厚等均采用API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，油管管體I材料滿足API標(biāo)準(zhǔn)對(duì)PllO鋼級(jí)油管材料的要求。接箍6和油管管體I的螺距每英寸6牙，錐度1:16，其中:接箍6上內(nèi)螺紋7的齒高Ii1為1.12mm，導(dǎo)向面角02為15°，承載面角為Y2為3°，接箍6上圓錐密封孔9與止扣扭矩臺(tái)肩10之間的圓弧半徑R1為0.5 mm,止扣扭矩臺(tái)肩10與垂線之間的夾角a i為25°，圓錐密封孔9與垂線之間的夾角β i為95° ;油管管體I上外螺紋2的齒高h(yuǎn)2為0.98mm,導(dǎo)向面角G1SlS0，承載面角為Y1為3°，管體I上的圓錐密封面4與圓柱面3之間的圓弧半徑R3為3.6mm,圓錐密封面4與端面臺(tái)肩5之間的圓弧半徑R2為0.6mm,端面臺(tái)肩5與垂線之間的夾角α2為25°，圓錐密封面4與垂線之間的夾角為β2=95°。管體I上的圓柱面3與接箍6上的圓柱孔8之間存在0.5mm的間隙，這個(gè)間隙可以儲(chǔ)存擰緊過程中多余的螺紋脂，也方便加工過程刀具的退出。該接頭的氣密封抗力可達(dá)142.2MPa以上。
權(quán)利要求1.一種氣密封鋸齒形油井管螺紋接頭結(jié)構(gòu)，其特征是:在管體上依次加工有鋸齒形外螺紋、圓柱面、圓錐密封面和端面臺(tái)肩；在接箍上依次加工有鋸齒形內(nèi)螺紋、圓柱孔、圓錐密封孔和止扣扭矩臺(tái)肩； 鋸齒形外螺紋和鋸齒形內(nèi)螺紋的螺距分別為每英寸5 8牙，錐度分別為1:16，螺紋母線平行于錐線；鋸齒形外螺紋的承載面角為Y1，導(dǎo)向面角為Q1，鋸齒形內(nèi)螺紋的承載面角為Y2，導(dǎo)向面角為e2，其中Y1= Y2 = 1° r ,S1= e2 = 10° 25° ;鋸齒形內(nèi)螺紋的高度為hi，鋸齒形外螺紋的高度為h2，其中hi = h2+0.2 = 0.98 1.18mm ； 接箍上圓錐密封孔與止扣扭矩臺(tái)肩之間采用圓弧光滑過渡，其圓弧半徑為R1,R1=0.4 0.7mm ;管體上的圓錐密封面與端面臺(tái)肩之間采用圓弧光滑過渡，其圓弧半徑為R2, R2= Ri+0.1mm ;管體上的圓錐密封面與圓柱面之間采用圓弧光滑過渡，其圓弧半徑為R3,R3 與 R2 滿足關(guān)系:R3=6R2=3 4.2mm ; 管體上端面臺(tái)肩與垂 線之間的夾角為a 2，接箍上扭矩臺(tái)肩與垂線之間的夾角為Ci1,a:與a 2之間滿足如下關(guān)系:a丨=a 2 = 15。 30。； 接箍上圓錐密封孔與垂線之間的夾角為P1，管體上圓錐密封面與垂線之間的夾角為^2, P1與P2之間滿足如下關(guān)系:3:=^2=75° 105°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣密封鋸齒形油井管螺紋接頭結(jié)構(gòu)，其特征是:密封由圓錐密封面和圓錐密封孔配合及端面臺(tái)肩和止扣扭矩臺(tái)肩配合來實(shí)現(xiàn)，其中:圓錐密封面和圓錐密封孔配合起主要密封作用，其直徑方向過盈量在0.25 0.55mm之間；端面臺(tái)肩和止扣扭矩臺(tái)肩配合起輔助密封作用，其軸向過盈量在0.05 0.1mm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氣密封鋸齒形油井管螺紋接頭結(jié)構(gòu)，其特征是:內(nèi)螺紋和外螺紋之間的直徑方向過盈量控制在0.08 0.28mm之間；管體上的圓柱面與接箍上的圓柱孔之間存在0.2 0.6mm的間隙。
專利摘要一種氣密封鋸齒形油井管螺紋接頭結(jié)構(gòu)，在管體上依次加工有鋸齒形外螺紋、圓柱面、圓錐密封面和端面臺(tái)肩；在接箍上依次加工有鋸齒形內(nèi)螺紋、圓柱孔、圓錐密封孔和止扣扭矩臺(tái)肩。外螺紋和內(nèi)螺紋的螺距為每英寸5～8牙，錐度為1:16，螺紋母線平行于錐線。接箍上圓錐密封孔與止扣扭矩臺(tái)肩之間的圓弧半徑為R1，R1=0.4～0.7mm；管體上的圓錐密封面與端面臺(tái)肩之間的圓弧半徑為R2，R2=R1+0.1mm；管體上的圓錐密封面與圓柱面之間的圓弧半徑為R3，R3=6R2=3～4.2mm。管體端面臺(tái)肩與垂線的夾角為α2，接箍扭矩臺(tái)肩與垂線的夾角為α1，α1＝α2＝15°～30°。接箍上圓錐密封孔與垂線之間的夾角為β1，管體上圓錐密封面與垂線之間的夾角為β2，β1=β2=75o～105°。
文檔編號(hào)E21B17/02GK202946041SQ20122068243
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者謝凱意, 李建亮, 李小兵, 張垂貴, 吳丹, 夏佑廣, 付強(qiáng) 申請(qǐng)人:衡陽華菱鋼管有限公司