CN102587842A

CN102587842A - 特殊圆螺纹高抗扭矩管接头

Info

Publication number: CN102587842A
Application number: CN2012100837977A
Authority: CN
Inventors: 冯波; 闫永军; 朱建国; 徐文; 耿玉娟
Original assignee: Wuxi Seamless Oil Pipe Co Ltd
Current assignee: Wuxi Seamless Oil Pipe Co Ltd
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明涉及一种特殊圆螺纹高抗扭矩管接头，包括通过螺纹连接的接箍及管体，螺纹的牙型为带有圆弧齿顶及圆弧齿底的特殊圆螺纹，其导向面牙侧角与承载面牙侧角不同；接箍内壁的中部设置有中间柱面，中间柱面的两端面与管体的端部之间分别设置有金属密封结构，金属密封结构包括内密封面及外密封面；内密封面包括设置在中间柱面端面与接箍内螺纹端部之间的内密封弧面及与内密封弧面垂直的内密封端弧面；外密封面包括设置在管体端部外壁上的外密封弧面及与外密封弧面垂直的外密封端弧面。本发明采用非对称的特殊圆螺纹，且设置有双圆弧型金属密封结构，强度高，密封性能好，抗扭矩性能和抗弯曲能力高。

Description

特殊圆螺纹高抗扭矩管接头

技术领域

本发明涉及应用于石油行业的油井管螺纹接头，具体地说是一种特殊圆螺纹高抗扭矩管接头。

背景技术

油井管行业中的油套管主要是通过螺纹接头连接起来，形成油套管柱，长度达到数千米，其中螺纹接头连接的强度要求、密封性能，拉伸载荷及抗扭矩性能等各方面的要求较高。

目前，现有的油套管圆螺纹连接的结构基本上都是API（美国石油学会）标准圆螺纹，技术比较成熟，但使用效果不够理想。这种标准圆螺纹接头的密封面性能差，抗弯曲能力弱，往往导致在螺纹连接部位发生泄露、断裂、滑脱等质量事故。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种特殊圆螺纹高抗扭矩管接头，该接头连接强度高，密封性能好，抗弯曲能力强，入扣性能好。

按照本发明的技术方案：一种特殊圆螺纹高抗扭矩管接头，包括通过螺纹连接的接箍及管体，所述螺纹的牙型为带有圆弧齿顶及圆弧齿底的特殊圆螺纹，其导向面牙侧角为40°~50°，其承载面牙侧角为1°~5°，其锥度为1:8~1:20；所述接箍内壁的轴向中部设置有环状的中间柱面，所述中间柱面的两端面与所述管体的端部之间分别设置有金属密封结构，所述金属密封结构包括设置在所述接箍上的内密封面及设置在所述管体上的外密封面；所述内密封面包括设置在所述中间柱面端面与所述接箍内螺纹端部之间的内密封弧面及与所述内密封弧面垂直的内密封端弧面；所述外密封面包括设置在所述管体端部外壁上的外密封弧面及与所述外密封弧面垂直的外密封端弧面。

所述内密封弧面为凸弧面或凹弧面，所述外密封弧面为与所述内密封弧面弧面相反的凹弧面或凸弧面；所述内密封端弧面为凸弧面，所述外密封端弧面为凹弧面。

所述内密封弧面为凹弧面，所述外密封弧面为凸弧面时，所述内密封弧面及所述外密封弧面与齿型过渡面之间设置有过渡圆弧，所述外密封弧面的过渡圆弧为3~6mm，所述内密封弧面的过渡圆弧大0~2mm。

所述内密封端弧面与所述内密封弧面之间设置有内密封面内圆角；所述外密封端弧面与所述外密封弧面之间设置有外密封面外圆角。

所述内密封面内圆角的半径为0.2~0.5mm，所述外密封面外圆角的半径比所述内密封面内圆角的半径大0~1mm。

所述内密封端弧面与所述中间柱面的内壁之间设置有内密封面外圆角，所述内密封面外圆角为0.2~0.5mm。

所述内密封弧面的长度为10~20mm，弧面半径为40~60mm，所述外密封弧面的长度及弧面半径与所述内密封弧面的相同。

所述内密封端弧面的厚度为5~15mm，弧面半径为4~10mm，所述外密封端弧面的厚度及弧面半径与所述内密封端弧面的相同。

所述螺纹的螺距为6.5牙/英寸~4牙/英寸，其牙型齿高为1.5~2. 5mm。

所述螺纹的齿底圆弧及齿顶圆弧的半径为0.20~1.0mm。

本发明的技术效果在于：本发明采用非对称的特殊圆螺纹，牙型的导向面牙侧角比标准圆螺纹大，螺纹的入扣性能好，在机紧时不易错扣；牙型的承载面牙侧角形成倒钩，提高了螺纹的连接强度，增加了牙型密封性能，同时提高了接头的抗弯曲能力，使其抗泄露性能大大增加；在接箍与管体之间增加了双圆弧型金属密封结构，能够有效提高抗扭矩性能和密封性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明分解后的结构示意图。

图3为本发明中的螺纹牙型图。

图4为本发明中的内密封面的放大图。

图5为本发明中的外密封面的放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

图1~图5中，包括接箍1、管体2、管体3、螺纹4、牙型齿高5、导向面牙侧角6、承载面牙侧角7、齿底圆弧8、齿顶圆弧9、锥度10、螺距11、牙型角12、外密封弧面13、内密封弧面14、外密封端弧面15、内密封端弧面16、外密封面外圆角17、内密封面内圆角18、内密封面外圆角19、内密封面20、外密封面21、中间柱面22、中径线23等。

如图1、图2所示，本发明是一种特殊圆螺纹高抗扭矩管接头，包括通过螺纹4连接的接箍1及管体2、3。接箍1和管体2是以虚拟的中径线23为基准进行紧密配合，达到管体2与管体3通过接箍1进行若干连接形成油、套管柱满足油气田生产使用要求。

本发明中的螺纹4的牙型为带有圆弧齿顶及圆弧齿底的特殊圆螺纹，由对称的牙型改为偏向承载面的非对称牙型。如图3所示，螺纹4的导向面牙侧角6为40°~50°，其承载面牙侧角7为1°~5°，牙型角12的范围为导向面牙侧角6与承载面牙侧角7之差。

螺纹4的锥度10为1:8~1:20；螺距11为6.5牙/英寸~4牙/英寸（25.4 mm）；牙型齿高5为1.5~2.5mm。

螺纹4的齿底圆弧8及齿顶圆弧9的半径为0.20~1.0mm。

再参见图1及图2，在接箍1内壁的轴向中部设置有环状的中间柱面22，中间柱面22的长度范围是50~200mm。中间柱面22的两端面与管体2、3的端部之间分别设置有金属密封结构。金属密封结构包括设置在接箍1上的内密封面20及设置在管体2、3上的外密封面21。

如图4所示，内密封面20包括设置在中间柱面22端面与接箍1内螺纹端部之间的内密封弧面14及与内密封弧面14垂直的内密封端弧面16。内密封端弧面16为凸弧面，内密封弧面14为凸弧面或凹弧面。内密封端弧面16与内密封弧面14之间设置有内密封面内圆角18，内密封面内圆角18的半径为0.2~0.5mm；内密封端弧面16与中间柱面22的内壁之间设置有内密封面外圆角20，内密封面外圆角20为0.2~0.5mm。内密封弧面14的长度为10~20mm，弧面半径为40~60mm；内密封端弧面16的厚度为5~15mm，弧面半径为4~10mm。

如图5所示，外密封面21包括设置在管体2、3端部外壁上的外密封弧面13及与外密封弧面13垂直的外密封端弧面15。外密封端弧面15为与内密封端弧面16相配的凹弧面，外密封弧面13为与内密封弧面14弧面相反的凹弧面或凸弧面。外密封端弧面15与外密封弧面13之间设置有外密封面外圆角17，外密封面外圆角17的半径比内密封面内圆角18的半径大0~1mm。外密封弧面13的长度及弧面半径与内密封弧面14的相同，外密封端弧面15的厚度及弧面半径与内密封端弧面16的相同。

当内密封弧面14为凹弧面，外密封弧面13为凸弧面时，内密封弧面14及外密封弧面13与齿型过渡面之间设置有过渡圆弧，外密封弧面13的过渡圆弧为3~6mm，内密封弧面14的过渡圆弧大0~2mm，以便在内外密封面旋紧配合时能够顺利通过而不发生干涉。

本发明操作时，先将管体2的外螺纹先放入接箍1的内螺纹3~7扣后进行机器拧接。由于导向面牙侧角6坡度较大，放扣时在重力作用下入扣非常容易，不会造成内螺纹齿顶和外螺纹齿顶顶扣、造成错扣机紧现象。接箍1有内密封面20，当机器拧接过盈旋紧配合后具有较大的抗扭矩作用，机紧的位置和扭矩大小可以按照API标准圆螺纹上扣机紧相同或工艺文件另行规定，但是必须满足内密封面20和外密封面21以及内外螺纹4的紧密配合。同样的紧固方法，将接箍1和管体3以虚拟的中径线23为基准进行紧密配合，达到管体2与管体3通过接箍1进行若干连接形成油、套管柱满足油气田生产使用要求，在油田下井时将其一个个的连接件机紧连接形成数千米的油套管柱。

本发明采用非对称的特殊圆螺纹，牙型的导向面牙侧角比标准圆螺纹大，螺纹的入扣性能好，在机紧时不易错扣；牙型的承载面牙侧角形成倒钩，提高了螺纹的连接强度，增加了牙型密封性能，同时提高了接头的抗弯曲能力，使其抗泄露性能大大增加；在接箍与管体之间增加了一个金属密封结构，使其在过盈配合后能够有效提高抗扭矩性能和密封性能；金属密封结构采用端面和侧面的双圆弧型密封结构，在过盈配合后能够有效提高抗扭矩性能和密封性能，加工简单；增加了接箍的总体长度，提高了接头的抗弯曲能力。

本发明加工简单方便，使用范围广，安全可靠；能够承受外界高强度复杂的力施加而***露或损坏，满足油田的使用要求。

Claims

1.一种特殊圆螺纹高抗扭矩管接头，包括通过螺纹（4）连接的接箍（1）及管体（2、3），其特征是：所述螺纹（4）的牙型为带有圆弧齿顶及圆弧齿底的特殊圆螺纹，其导向面牙侧角（6）为40°~50°，其承载面牙侧角（7）为1°~5°，其锥度（10）为1:8~1:20；所述接箍（1）内壁的轴向中部设置有环状的中间柱面（22），所述中间柱面（22）的两端面与所述管体（2、3）的端部之间分别设置有金属密封结构，所述金属密封结构包括设置在所述接箍（1）上的内密封面（20）及设置在所述管体（2、3）上的外密封面（21）；所述内密封面（20）包括设置在所述中间柱面（22）端面与所述接箍（1）内螺纹端部之间的内密封弧面（14）及与所述内密封弧面（14）垂直的内密封端弧面（16）；所述外密封面（21）包括设置在所述管体（2、3）端部外壁上的外密封弧面（13）及与所述外密封弧面（13）垂直的外密封端弧面（15）。

2.按照权利要求1所述的特殊圆螺纹高抗扭矩管接头，其特征是：所述内密封弧面（14）为凸弧面或凹弧面，所述外密封弧面（13）为与所述内密封弧面（14）弧面相反的凹弧面或凸弧面；所述内密封端弧面（16）为凸弧面，所述外密封端弧面（15）为凹弧面。

3.按照权利要求2所述的特殊圆螺纹高抗扭矩管接头，其特征是：所述内密封弧面（14）为凹弧面，所述外密封弧面（13）为凸弧面时，所述内密封弧面（14）及所述外密封弧面（13）与齿型过渡面之间设置有过渡圆弧，所述外密封弧面（13）的过渡圆弧为3~6mm，所述内密封弧面（14）的过渡圆弧大0~2mm。

4.按照权利要求1所述的特殊圆螺纹高抗扭矩管接头，其特征是：所述内密封端弧面（16）与所述内密封弧面（14）之间设置有内密封面内圆角（18）；所述外密封端弧面（15）与所述外密封弧面（13）之间设置有外密封面外圆角（17）。

5.按照权利要求4所述的特殊圆螺纹高抗扭矩管接头，其特征是：所述内密封面内圆角（18）的半径为0.2~0.5mm，所述外密封面外圆角（17）的半径比所述内密封面内圆角（18）的半径大0~1mm。

6.按照权利要求1所述的特殊圆螺纹高抗扭矩管接头，其特征是：所述内密封端弧面（16）与所述中间柱面（22）的内壁之间设置有内密封面外圆角（20），所述内密封面外圆角（20）为0.2~0.5mm。

7.按照权利要求1所述的特殊圆螺纹高抗扭矩管接头，其特征是：所述内密封弧面（14）的长度为10~20mm，弧面半径为40~60mm，所述外密封弧面（13）的长度及弧面半径与所述内密封弧面（14）的相同。

8.按照权利要求1所述的特殊圆螺纹高抗扭矩管接头，其特征是：所述内密封端弧面（16）的厚度为5~15mm，弧面半径为4~10mm，所述外密封端弧面（15）的厚度及弧面半径与所述内密封端弧面（16）的相同。

9.按照权利要求1所述的特殊圆螺纹高抗扭矩管接头，其特征是：所述螺纹（4）的螺距（11）为6.5牙/英寸~4牙/英寸，其牙型齿高（5）为1.5~2. 5mm。

10.按照权利要求1或9所述的特殊圆螺纹高抗扭矩管接头，其特征是：所述螺纹（4）的齿底圆弧（8）及齿顶圆弧（9）的半径为0.20~1.0mm。