本發(fā)明涉及一種螺紋連接結(jié)構(gòu)，主要用于石油工業(yè)領(lǐng)域，可用于鉆井完井等作業(yè)的應(yīng)用于油套管的管端鐓粗的整體式螺紋接頭結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

油套管管柱采用螺紋將單根油井管連接而成，管柱的螺紋連接部位是薄弱的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在通用的API標(biāo)準(zhǔn)中，套管采用圓螺紋或偏梯螺紋連接形式。這種接頭的優(yōu)點是技術(shù)成熟、生產(chǎn)成本比較低，缺點是螺紋既要承擔(dān)連接功能又要承擔(dān)密封功能，且接頭應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重。

隨著極端條件下油氣田開發(fā)越來越多，對油套管螺紋接頭的要求也越來越高，特殊螺紋接頭除了需要滿足接頭的連接性能外，還需要在極端環(huán)境和復(fù)合載荷下具備良好的密封性能。

比如水平井，包括大彎曲角度，拉伸與壓縮的交變載荷等，需要特殊扣接頭具有高抗扭矩的要求，而且在滿足高扭矩的特殊螺紋接頭還需要具備氣密封性能的穩(wěn)定性。

中國專利號為CN 202689965 U，公開了一種適用于高溫高壓氣井的氣密封油管螺紋接頭，使用雙級螺紋并適用于特殊井況的特殊螺紋接頭。

但是以上專利都沒有說明如何確定臺肩厚度的問題，基于開發(fā)用于確定主臺肩及中間臺肩厚度技術(shù)方案，以解決高抗扭矩且保證密封性的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)上的不足，本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用于油套管的管端鐓粗的整體式螺紋接頭結(jié)構(gòu)，以利于解決臺肩厚度確定后，滿足高扭矩和氣密封要求的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種應(yīng)用于油套管的管端鐓粗的整體式螺紋接頭結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括在一個油套管的鐓粗管端上加工的公端部分和另一個油套管的鐓粗管端上加工的母端部分，其中：所述公端部分包括有雙級公螺紋、公密封面、公中部臺肩、公外臺肩，所述母端部分包括有雙級母螺紋、母密封面和母中部臺肩、母外臺肩，在擰接過程中母外臺肩和公外臺肩最先擰接接觸，隨著擰接扭矩增加母中部臺肩和公中部臺肩擰接接觸，擰接扭矩停止則完成上扣，并滿足高抗扭矩及氣密封性要求：T1/sinα+T2≥(60％～80％)T，T1+T2≤(30％～50％)T3。

本發(fā)明的效果是對于API標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接形式，套管在復(fù)雜井況中容易發(fā)生斷裂、滑脫、泄漏等形式的失效，給油田帶來巨大的損失。該特殊螺紋接頭通過ISO 13679(2002)CALⅣ試驗驗證，當(dāng)T1、T2、T3和T之間的關(guān)系滿足上述關(guān)系時，其密封性能的穩(wěn)定性顯著提高，且能承受較高的過扭扭矩。以規(guī)格5.5in 23PPF為例，當(dāng)T1/sinα+T2之和在60％T～80％T之間時，最大扭矩值能夠達(dá)到15000～22000英尺磅，而當(dāng)T1/sinα+T2之和小于60％T時，最大扭矩值在8000～10000英尺磅之間。

附圖說明

圖1是本發(fā)明螺紋接頭結(jié)構(gòu)示意圖

圖2是本發(fā)明套管齒形配合圖；

圖3是本發(fā)明特殊扣上扣后，臺肩厚度及角度的示意圖。

圖中：

1、母端 2、公端 3、副臺肩 4、公母端密封面 5、公母端螺紋

6、公母中部臺肩 7、公母外臺肩 8、母螺紋 9、公螺紋

10軸線 Hp、公螺紋齒高 Hb、母螺紋齒高

T1：公母外臺肩厚度 T2：公母中部臺肩

T3：管端鐓粗厚度 T：套管名義壁厚 α：公母外臺肩角度

具體實施方式

結(jié)合附圖對本發(fā)明的應(yīng)用于油套管的管端鐓粗的整體式螺紋接頭結(jié)構(gòu)加以說明。

如圖1所示，本發(fā)明的應(yīng)用于油套管的管端鐓粗的整體式螺紋接頭結(jié)構(gòu)是，該結(jié)構(gòu)包括在一個油套管的鐓粗管端上加工的公端2和另一個油套管的鐓粗管端上加工的母端1，所述公端部分包括有雙級公螺紋5、公密封面4、公中部臺肩6、公外臺肩7，所述母端部分包括有雙級母螺紋5、母密封面4和母中部臺肩6、母外臺肩7，在擰接過程中母外臺肩和公外臺肩最先擰接接觸，隨著擰接扭矩增加母中部臺肩和公中部臺肩擰接接觸，擰接扭矩停止則完成上扣，并滿足高抗扭矩及氣密封性公式要求：

T1/sinα+T2≥(60％～80％)T

T1+T2≤(30％～50％)T3

式中：

T1：公母外臺肩厚度T2：公母中部臺肩厚度

T3：管端鐓粗厚度T：套管名義壁厚。

所述雙級公、母螺紋為偏梯型螺紋或倒鉤形螺紋，偏梯型螺紋的齒型是：齒型的螺距為每英寸4～8牙，錐度為1:12～1：16，公螺紋齒高為0.8～1.6mm，母螺紋齒高為0.8～1.8mm；倒鉤形螺紋的齒型是：螺距為每英寸4～8牙，錐度為1:12～1：16，公螺紋齒高為0.8～1.6mm，母螺紋齒高為0.8～1.8mm。所述公、母外臺肩與油套管的軸線的夾角為45～90度，所述公、母中部臺肩與油套管的軸線的夾角為45～90度，所述公密封面和母密封面與油套管的軸線的夾角為3～15度，所述公、母臺肩螺紋軸線的角度為45～70度。

本發(fā)明的應(yīng)用于油套管的管端鐓粗的整體式螺紋接頭結(jié)構(gòu)功能是這樣實現(xiàn)的：

以規(guī)格5.5in 23PFF的API BTC扣型和該特殊螺紋接頭為例，當(dāng)T1/sinα+T2之和小于60％T時，公母外臺肩的厚度偏薄，在螺紋擰接后，公母外臺肩對頂，所承受的扭矩降低，隨著扭矩的增加，公母外臺肩發(fā)生屈服。

當(dāng)T1+T2之和大于50％T3或者小于30％T3時，此時會造成螺紋的公端和母端厚度差偏大，會影響整體接頭的抗壓縮性能，從而影響到接頭的密封性能。規(guī)定鋼級為80ksi的API BTC扣的最大扭矩為8500～10620英尺磅，而該特殊螺紋接頭的最大扭矩能夠達(dá)到15000～22000英尺磅，扭矩值為API BTC扣的2倍，且能夠保證該特殊螺紋接頭的密封性能。

以油套管設(shè)計規(guī)格5.5in 23PFF為例：

如圖2所示，母螺紋8、公螺紋9和螺紋軸線10，所述的偏梯型螺紋角度承載側(cè)角度為3度，導(dǎo)入側(cè)角度為10度，公螺紋齒高Hp＝1.575mm，母螺紋齒高Hb＝1.778mm，螺距為5.08mm，螺紋錐度1：16，密封面沿管體軸線方向錐度為1：10，其中公母外臺肩角度與軸線方向為60度，中部臺肩為90度直角臺肩。其中公母外臺肩厚度T1為4.37mm，中部臺肩厚度T2為1.79mm，其中管端鐓粗的厚度T3為16.7mm，管體名義壁厚T為10.54mm，公母外臺肩角度為60度，滿足上述公式要求。

如圖3所示，油套管名義壁厚為T，管端鐓粗后壁厚為T3，T1為公母外臺肩厚度，T2為中間臺肩厚度，α為公母外臺肩角度。在螺紋擰接的過程中，需要施加足夠大的擰接力矩，使公母外臺肩相互頂緊并產(chǎn)生一定量的過盈。這個是保證該接頭氣密封性的一個必要條件。在較復(fù)雜井況下，需要螺紋接頭有較高的抗過扭能力，該扣型抗扭臺肩面能承擔(dān)較大過載扭矩，避免由于過扭造成螺紋粘扣及密封面損傷現(xiàn)象，從而保證其密封性能。

為保證接頭的高抗過扭能力，需要保證接頭在承受壓縮狀態(tài)下，接頭部分的抗壓縮承載面大于管體的承載面，所以應(yīng)滿足公式T1/sinα+T2≥(60％～80％)T，T1+T2≤(30％～50％)T3要求，才能既能夠保證管體的高抗扭矩，又能保證交變載荷下的氣密封性能。