CN102287143B - 一种气密封结构的油/套管螺纹连接接头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气密封结构的油/套管螺纹连接接头，包括带外螺纹的管体，在管体外套有带内螺纹的接箍，内螺纹及外螺纹具有导向面及负角度承载面，其特征在于：所述负角度承载面的角度为-3°～-5°，在所述管体的端部形成有圆锥密封面，该圆锥密封面与所述接箍的内壁过盈配合达到密封目的，过盈长度大于17.8mm。本发明的优点是：接头连接强度高，可以与管体等强度匹配，甚至有的高于管体，适用于深井、超深井；密封可靠，适用于高压气井、油井和热采井；抗弯能力强；上扣容易，可快速上扣且不易错扣，适用于沙漠、海洋上等恶劣环境下的钻井作业；抗粘扣性能好，可以反复上卸扣而不损伤螺纹；抗过扭矩能力强；耐腐蚀性能好。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于石油钻采中的油管或套管连接接头结构。
背景技术
油管和套管是石油钻采过程中要求高、用量大的深度机械加工产品。在实际的使用中，是采用螺纹将单根油管或套管连接成为长达数千米，并且能够承受数百大气压的长管柱，相当于一个管状高压容器。其中，螺纹连接的技术性能是能否保证钻采过程安全可靠的关键。在我国常规使用的是API标准的圆螺纹和偏梯形螺纹接头，但这种接头的最大缺点是：连接强度低、气密封性能差。随着油、气井钻井环境的日益苛刻和油气开采技术的迅速发展，普通的API标准接头已不能满足现有的工程技术要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种连接强度高、气密性能好的螺纹连接接头结构。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种气密封结构的油/套管螺纹连接接头，包括带外螺纹的管体，在管体外套有带内螺纹的接箍，内螺纹及外螺纹具有导向面及负角度承载面，其特征在于：所述负角度承载面的角度为-3°～-5°，在所述管体的端部形成有圆锥密封面，该圆锥密封面与所述接箍的内壁过盈配合达到密封目的，过盈长度大于17.8mm。
优选地，所述导向面牙顶的圆弧倒角的倒角半径小于0.5mm。
优选地，所述外螺纹的齿顶与所述内螺纹之间留有大于0.25mm的间隙。
优选地，在所述接箍位于所述内螺纹后端的内壁上形成有负角度抗扭距台肩，该角度为-17°，所述管体的端面与该负角度抗扭距台肩相配合。
优选地，所述管体的端面与所述圆锥密封面之间通过密封圆鼻端过渡，所述负角度抗扭距台肩与所述接箍之间的过渡结构与该密封圆鼻端相配合。
优选地，在所述管体与所述接箍的内壁连接处分别形成有一角度为15°的管体内壁倒角及接箍内壁倒角。
本发明的优点是：1、接头连接强度高，可以与管体等强度匹配，甚至有的高于管体，适用于深井、超深井；
2、密封可靠，适用于高压气井、油井和热采井；
3、抗弯能力强，适用于斜井、大位移井和水平井；
4、上扣容易，可快速上扣且不易错扣，适用于沙漠、海洋上等恶劣环境下的钻井作业；
5、抗粘扣性能好，可以反复上卸扣而不损伤螺纹；
6、抗过扭矩能力强；
7、耐腐蚀性能好。
附图说明
图1为本发明提供的一种气密封结构的油/套管螺纹连接接头的剖面局部示意图；
图2为图1中A部分的放大图；
图3为图1中B部分的放大图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
为了改进普通API标准螺纹接头存在的不足，本发明在API标准的基础上，采用了非API标准的特殊结构螺纹设计，即尺寸、钢级、壁厚依据API规范，而在连接的结构上采用特殊螺纹连接结构的设计，增加了抗扭距台肩，金属对金属圆锥密封等特殊结构，极大提高了螺纹连接的强度可靠性。
本发明提供的一种气密封结构的油/套管螺纹连接接头可以用在油管或套管上，如图1所示，包括带外螺纹的管体1，在管体1外套有带内螺纹的接箍2。结合图2，内螺纹及外螺纹具有导向面3及负角度承载面4，负角度承载面4的角度为-3°～-5°。
一般螺纹接头的承载面的角度都为正角。目的是通过过盈啮合，形成若干个不确定的金属对金属接触密封面，从而达到密封的作用。有些螺纹的承载面虽然能够达到负角度，但一般与轴线垂直线的负角度不会超过2°，这种类型的负角度虽然承载面的承载能力比正角度的牙型强，但还是达不到承载能力与管体相同的程度。在特殊的油气田钻采中，仍无法得到广泛的使用。
而在本发明中，负角度承载面4的角度（即，负角度承载面4与螺纹轴线垂直线之间的夹角）为-3°～-5°，其主要作用是加大螺纹承受载荷的能力。同时该负角度承载面4不起到密封的作用。这与一般＜-2°的承载面在性能上有着极大的不同。在本发明中，由于外螺纹与内螺纹在轴向上为钩状啮合，故其抗拉、抗压缩、抗内压及抗外挤强度有了极大的提高，可以与管体1的技术性能相同，使螺纹连接头与管体成为技术性能完全相同的一个整体，安全可靠性有了极为有效的提高。
结合图3，在管体1的端部形成有圆锥密封面5，该圆锥密封面5与所述接箍2的内壁过盈配合达到密封目的，过盈长度大于17.8mm。
螺纹接头整体的密封性能是否完整，就看圆锥面的相互配合程度。一般的接头密封主要是以齿向密封为主。其缺点是：密封性能差，抗在外部压力较大和较大弯曲状态时，整体的密封性能大大降低。本发明增加了螺纹前端的圆锥密封面5的设计，依靠管体1与接箍2外内圆锥面，经过精密的机械加工，保证二者之间的精密配合而完成金属对金属面的密封，密封面的过盈长度大于17.8mm。该种密封的形式，由于接触面长、规则、可靠性高，在一定的过盈度状态下，不易泄漏，特别是在大弯曲的状态下，（只要不脱扣）密封性能依然能够保持的相当可靠，并且能够多次上扣，不易脱扣。
结合图2，导向面3牙顶的圆弧倒角11的倒角半径小于0.5mm。
一般螺纹导向面都有圆弧倒角，但导向面的牙顶倒角半径都＞0.5mmR，虽然大圆弧的圆弧倒角，使螺纹的上扣与对扣较为方便，但其防脱扣和在大弯曲状态下，抗冲击载荷的能力大为下降，遇到有较大弯曲状态钻采的情况下，极易脱扣。而在本发明中的圆弧倒角11的倒角半径小于0.5mm，特点是在保证上扣与对扣方便的情况下，不易脱扣，在较大弯曲状态下，抗冲击载荷的能力强，满足了特殊大弯曲钻采的条件，可靠性好，不易脱扣。
外螺纹的齿顶与内螺纹之间留有大于0.25mm的间隙10。
在一般的螺纹连接中，齿顶间隙都较小，原因是螺纹的承载面要起到主要的密封作用，而在本发明中，外螺纹的齿顶与内螺纹之间留有大于0.25mm的间隙10，是因为承载面4不作为主要的密封面，同时能够在较大弯曲角度时，留有伸展的余地。较大的齿顶间隙10还能够贮存较多的特种螺纹脂，增加螺纹的密封性能，所以该结构设计极大提高了螺纹连接在较大弯曲或冲击载荷下的密封性能和连接可靠性。
结合图3，在所述接箍2位于所述内螺纹后端的内壁上形成有负角度抗扭距台肩7，该角度为-17°，管体1的端面与该负角度抗扭距台肩7相配合。
一般螺纹接头都不采用抗扭矩台肩的设计，有些设计采用负角度抗扭距台肩设计也因其角度较小而起不到抗扭距过载的要求。而本发明的负角度抗扭距台肩7，其负角度较大，为负17°，当上扣时如果扭矩过载，这时负角度抗扭距台肩7就会产生向外的推力，扭矩过载越大，产生的作用力使圆锥密封面5的结合越紧密，使密封性能更好，负角度抗扭距台肩7即保证了上扣的准确性，也提高了螺纹接头的气密封性能，同时负角度抗扭距台肩7还起到了辅助密封的作用。
管体1的端面与圆锥密封面5之间通过密封圆鼻端6过渡，负角度抗扭距台肩7与接箍2之间的过渡结构与该密封圆鼻端6相配合。
密封圆鼻端6是圆锥密封面5与负角度抗扭距台肩7的过度端，大弧度的圆弧即保证了圆锥密封面5啮合导入平稳，又确保当产生过载扭矩时，负角度抗扭距台肩7产生的反向推力能够均匀传导到圆锥密封面5，确保圆锥密封面5的结合更加紧密，而不会产生局部应力集中，同时由于圆锥密封面5是过盈配合，密封圆鼻端6能有效防止该部分的脱扣的发生，重复上扣同样能保持良好的密封性。
在管体1与接箍2的内壁连接处分别形成有一角度为15°的管体内壁倒角8及接箍内壁倒角9。
一般螺纹接头管体与接箍内壁连接端没有详细的要求，由于结合的不紧密容易引起该部分的电化学腐蚀，大量的使用实例表明所有螺纹接头失效，大部分是由于电化学腐蚀而引起。而本发明的接头，连接端有一过渡倒角，倒角为15°，当上扣拧紧之后，由于过盈配合产生的变形使连接端完全紧密结合，避免了局部的电化学腐蚀产生，确保了螺纹接头的使用可靠性。
Claims (1)
1.一种气密封结构的油/套管螺纹连接接头，包括带外螺纹的管体（1），在管体（1）外套有带内螺纹的接箍（2），内螺纹及外螺纹具有导向面（3）及负角度承载面（4），其特征在于：所述导向面（3）牙顶的圆弧倒角（11）的倒角半径小于0.5mm；所述负角度承载面（4）与螺纹轴线垂直线之间的角度为-3°～-5°，且所述负角度承载面（4）不起到密封作用；在所述管体（1）的端部形成有圆锥密封面（5），该圆锥密封面（5）与所述接箍（2）的内壁过盈配合达到密封目的，过盈长度大于17.8mm；所述外螺纹的齿顶与所述内螺纹之间留有大于0.25mm的间隙（10）；在所述接箍（2）位于所述内螺纹后端的内壁上形成有负角度抗扭距台肩（7），该负角度为-17°，所述管体（1）的端面与该负角度抗扭距台肩（7）相配合使得该负角度抗距台肩（7）起到辅助密封的作用；所述管体（1）的端面与所述圆锥密封面（5）之间通过密封圆鼻端（6）过渡，所述负角度抗扭距台肩（7）与所述接箍（2）之间的过渡结构与该密封圆鼻端（6）相配合；在所述管体（1）与所述接箍（2）的内壁连接处分别形成有一角度为15°的管体内壁倒角（8）及接箍内壁倒角（9）。
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