CN107152246A - 一种气密封油管螺纹接头 - Google Patents
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Abstract
本文公布了一种气密封油管螺纹接头，包括螺纹连接的管体和接箍；接箍为两端对称结构，接箍由端部至中间依次设置有内螺纹、第一接箍密封段、第二接箍密封段和接箍扭矩台肩面；管体由端部至中间依次设置有管体扭矩台肩面、第二管体密封段、第一管体密封段和外螺纹；外螺纹与内螺纹配合连接，第一接箍密封段与第一管体密封段配合连接构成第一密封机构，第二接箍密封段与第二管体密封段配合连接构成第二密封机构，接箍扭矩台肩面与管体扭矩台肩面配合连接；本申请可应用于油井管螺纹接头技术领域，应用本申请能够有效克服现有技术中存在的缺陷，能够有效解决超深油气井中螺纹接头容易出现粘扣、密封失效、扭矩台肩剪切失效、接头脱扣等缺陷。
Description
技术领域
本申请涉及但不限于油井管螺纹接头技术领域，尤其是一种气密封油管螺纹接头。
背景技术
现有技术中，油套管是油气钻采过程中不可或缺的专用管材，其质量的好坏直接影响到钻采作业的成败和油气井的寿命。其中，螺纹接头作为油套管之间的连接部位，同油套管柱一起在油气井中长期承受拉伸、压缩、内压等产生的复合应力的考验。
近几年，随着我国石油工业的发展，油、气钻井环境日益苛刻，特别是深井、超深井、高压气井，水平井、大位移井、热注采井的开发，对油套管的使用性能提出了更高的要求。API常规油套管接头因密封及强度均通过螺纹副承担，其无法满足高密封、高强度复杂井况的要求。
另外，常规的气密封螺纹接头，多采用单级金属密封面作为主密封，这类结构的不足之处是油套管在井下作业会承受较大的复合载荷，单级密封面或扭矩台肩一旦受损或发生较大的变形，接头的密封能力将明显降低，甚至发生失效事故。
因此，针对超深油气井恶劣的工况，目前需要开发出一种新型螺纹接头，要求使用的油井管接头在超深油气井中具有更高的气密封性能、连接强度和抗复合载荷的能力。
发明内容
本申请解决的技术问题是提供一种气密封油管螺纹接头，能够有效克服现有技术中存在的缺陷，能够有效解决超深油气井中螺纹接头容易出现粘扣、密封失效、扭矩台肩剪切失效、接头脱扣等缺陷；进一步的，还能够提高螺纹接头在内外压、弯曲载荷、压缩载荷以及拉伸载荷等复杂工况下具有较为可靠的连接强度和密封性能。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种气密封油管螺纹接头，包括螺纹连接的管体和接箍；
所述接箍为两端对称结构，所述接箍由端部至中间依次设置有内螺纹、第一接箍密封段、第二接箍密封段和接箍扭矩台肩面；所述管体由端部至中间依次设置有管体扭矩台肩面、第二管体密封段、第一管体密封段和外螺纹；
所述外螺纹与内螺纹配合连接，所述第一接箍密封段与第一管体密封段配合连接构成第一密封机构，所述第二接箍密封段与第二管体密封段配合连接构成第二密封机构，所述接箍扭矩台肩面与管体扭矩台肩面配合连接；
所述第二接箍密封段为内锥面密封段，所述第二管体密封段为外锥面密封段，所述内螺纹、内锥面密封段、接箍扭矩台肩面与所述外螺纹、外锥面密封段、管体扭矩台肩面构成轴向过盈配合连接结构。
上述气密封油管螺纹接头，还可具有如下特点，
所述第一接箍密封段为球面密封段，所述第一管体密封段为柱面密封段。
上述气密封油管螺纹接头，还可具有如下特点，
所述球面密封段、内锥面密封段和所述柱面密封段、外锥面密封段构成径向过盈配合连接结构。
上述气密封油管螺纹接头，还可具有如下特点，
所述第二接箍密封段与所述接箍扭矩台肩面之间还设置有第一过渡面，所述第二管体密封段与所述管体扭矩台肩面之间对应设置有第二过渡面。
上述气密封油管螺纹接头，还可具有如下特点，
所述第一过渡面为内圆弧过渡面，所述第二过渡面为外圆弧过渡面。
上述气密封油管螺纹接头，还可具有如下特点，
所述管体扭矩台肩面、接箍扭矩台肩面的倾斜角度均为-19°～-17°。
上述气密封油管螺纹接头，还可具有如下特点，
所述内锥面密封段与所述外锥面密封段之间构成锥面密封，所述锥面密封的锥角为20°～25°。
上述气密封油管螺纹接头，还可具有如下特点，
所述球面密封段的半径为4mm～9mm，所述管体的内径与所述接箍的中间段的内径相同。
上述气密封油管螺纹接头，还可具有如下特点，
所述外螺纹与内螺纹均设置为偏梯形螺纹，所述偏梯形螺纹的导向面的倾斜角度为9°～11°，所述偏梯形螺纹的承载面的倾斜角度为-6°～-4°，所述内螺纹的齿高大于外螺纹的齿高。
上述气密封油管螺纹接头，还可具有如下特点，
所述内圆弧过渡面的半径为0.4mm～0.8mm，所述外圆弧过渡面的半径为0.2mm～0.4mm。本申请上述技术方案具有如下有益效果：
相比于现有技术，本发明上述气密封螺纹接头可满足高气压及含腐蚀性介质的苛刻工况，在轴向拉伸、压缩，扭转，内外压等载荷组合作用下具有较强的连接强度、密封性能和抗疲劳失效能力，同时具有抗粘扣、抗脱扣、抗过扭矩的优良性能。
进一步的，本发明可通过上述第一密封机构、第二密封机构形成螺纹接头内部的两级密封，能够有效提高螺纹接头的整体密封性能稳定性，进而能够有效保证其在复杂工况下仍具有较高的结构稳定性。
进一步的，本发明可具体可通过上述球面密封段与柱面密封段之间的紧密配合，能够形成螺纹接头内部的第一密封机构；可通过上述内锥面密封段与外锥面密封段之间的紧密配合，能够形成螺纹接头内部的第二密封机构；上述球面/柱面密封结构和锥面/锥面密封结构相结合，能够保证螺纹接头在复合载荷作用下的良好密封性能。
进一步的，本发明可通过上述轴向过盈配合连接结构和径向过盈配合连接结构的设置，能够有效提高螺纹接头的连接稳定性以及连接强度，能够有效保证上述气密封油管螺纹接头在恶劣工况下的结构稳定性。
进一步的，本发明可通过上述第一过渡面和第二过渡面的设置，能够提供给螺纹接头的变形缓释空间，即上述变形释放空间是由内圆弧过渡面和外圆弧过渡面所围构成的一个密闭空腔。上述变形缓释空间的设置，能够使得锥面密封段和扭矩台肩面在较大过盈量的情况下，得到变形释放，缓解应力集中现象，能够有效防止密封结构产生屈服失效。
进一步的，本发明提供的上述优化角度的扭矩台肩面，具有较强的抗过扭能力，同时对轴向载荷不敏感，能够在轴向载荷较大的情况下仍能保持较高的密封性能；上述内外螺纹旋合后，管体的内径和接箍内径齐平，能有效减少管体内部紊流现象，避免在内径变化处产生压力波动对管体造成冲击应力，提高了螺纹接头的抗应力腐蚀能力。
进一步的，本发明提供的上述螺纹是以偏梯形螺纹为基础设计的一种倒钩型螺纹，其能够有效提高螺纹接头的抗滑脱能力，内外螺纹旋和后，外螺纹齿顶和内螺纹齿底并未接触，能够降低螺纹的应力，防止螺纹产生粘扣现象，能够有效保证螺纹接头的结构稳定性。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为本发明实施例一中的接箍局部示意图；
图3为本发明实施例一中的管体局部示意图；
图4为本发明实施例一中的偏梯形螺纹局部示意图；
图5为本发明实施例一中的扭矩台肩面局部示意图；
图示说明：
1-管体，2-接箍，3-内螺纹，4-球面密封段，5-内锥面密封段，6-内圆弧过渡面，7-接箍扭矩台肩面，8-外螺纹，9-柱面密封段，10-外锥面密封段，11-外圆弧过渡面，12-管体扭矩台肩面，13-螺纹连接段。
具体实施方式
下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
实施例一：
结合图1所示，本发明实施例一提供了一种气密封油管螺纹接头，包括螺纹连接的管体1和接箍2；结合图2所示，接箍2为两端对称结构，接箍2由端部至中间依次设置有内螺纹3、第一接箍密封段、第二接箍密封段和接箍扭矩台肩面7；结合图3所示，管体1由端部至中间依次设置有管体扭矩台肩面12、第二管体密封段、第一管体密封段和外螺纹8。
具体操作中，上述外螺纹8与内螺纹3配合连接，第一接箍密封段与第一管体密封段配合连接构成第一密封机构，第二接箍密封段与第二管体密封段配合连接构成第二密封机构，接箍扭矩台肩面7与管体扭矩台肩面12配合连接。
与现有技术相比，可通过上述第一密封机构、第二密封机构形成螺纹接头内部的两级密封，能够有效提高螺纹接头的整体密封性能稳定性，进而能够有效保证其在复杂工况下仍具有较高的结构稳定性。
优选地，本实施例中，上述第一接箍密封段为球面密封段4，第一管体密封段为柱面密封段9；进一步的，第二接箍密封段为内锥面密封段5，第二管体密封段为外锥面密封段10。
具体操作中，可通过上述球面密封段4与柱面密封段9之间的紧密配合，能够形成螺纹接头内部的第一密封机构；可通过上述内锥面密封段5与外锥面密封段10之间的紧密配合，能够形成螺纹接头内部的第二密封机构；上述球面/柱面密封结构和锥面/锥面密封结构相结合，能够保证螺纹接头在复合载荷作用下的良好密封性能。
优选地，本实施例中，上述内螺纹3、内锥面密封段5、接箍扭矩台肩面7与外螺纹8、外锥面密封段10、管体扭矩台肩面12构成轴向过盈配合连接结构；上述球面密封段4、内锥面密封段5和柱面密封段9、外锥面密封段10构成径向过盈配合连接结构。
具体操作中，上述轴向过盈配合连接结构和径向过盈配合连接结构的设置，能够有效提高螺纹接头的连接稳定性以及连接强度，能够有效保证上述气密封油管螺纹接头在恶劣工况下的结构稳定性。
优选地，本实施例中，上述第二接箍密封段与接箍扭矩台肩面7之间还设置有第一过渡面，第二管体密封段与管体扭矩台肩面12之间对应设置有第二过渡面。
具体操作中，上述第一过渡面优选为内圆弧过渡面6，第二过渡面优选为外圆弧过渡面11；上述第一过渡面和第二过渡面的设置，能够提供给螺纹接头的变形缓释空间，即上述变形释放空间是由内圆弧过渡面6和外圆弧过渡面11所围构成的一个密闭空腔。上述变形缓释空间的设置，能够使得锥面密封段和扭矩台肩面在较大过盈量的情况下，得到变形释放，缓解应力集中现象，能够有效防止密封结构产生屈服失效。
本实施例中，当管体1和接箍2旋合预紧时，螺纹连接段13处的内螺纹3和外螺纹8开始啮合，随着上扣扭矩的增加，外锥面密封段10和内锥面密封段5接触，柱面密封段9和球面密封段4接触，主密封可产生一定的过盈量；最后，接箍扭矩台肩面7和管体扭矩台肩面12开始接触。随着内螺纹3与外螺纹8的不断拧接，密封面过盈量不断增大，直到扭矩达到设定上扣扭矩；此时，上述扭矩台肩面和锥面密封段均具有较大过盈量，能够使得该段的应力集中现象可以通过变形，得到缓慢释放，以有效缓解应力集中现象。
上述内圆弧过渡面6的半径为0.4mm～0.8mm，外圆弧过渡面11的半径为0.2mm～0.4mm。
本实施例中，上述内圆弧过渡面6的半径优选为0.6mm，外圆弧过渡面11的半径优选为0.3mm；通过上述优选尺寸的内圆弧过渡面6和外圆弧过渡面11的设置，能够有效满足扭矩台肩面和锥面密封段的应力集中的缓释需要。
上述管体扭矩台肩面12和接箍扭矩台肩面7的倾斜角度为-19°～-17°，球面密封段4的半径为4mm～9mm，内锥面密封段5与外锥面密封段10之间构成锥面密封，所述锥面密封的锥角为20°～25°，管体1的内径与接箍2的中间段的内径相同。
本实施例中，如图5所示，上述管体扭矩台肩面和接箍扭矩台肩面的倾斜角度优选为-18°，上述球面密封段4的半径优选为6mm，内锥面密封段5与外锥面密封段10的锥角优选为22°；上述-18°的优化角度的扭矩台肩面具有较强的抗过扭能力，同时对轴向载荷不敏感，能够在轴向载荷较大的情况下仍能保持较高的密封性能；上述内外螺纹8旋合后，管体1的内径和接箍2内径齐平，能有效减少管体1内部紊流现象，避免在内径变化处产生压力波动对管体1造成冲击应力，提高了螺纹接头的抗应力腐蚀能力。
上述外螺纹8与内螺纹3均为呈倒钩状的偏梯形螺纹，偏梯形螺纹的导向面的倾斜角度为9°～11°，偏梯形螺纹的承载面的倾斜角度为-6°～-4°，内螺纹3的齿高大于外螺纹8的齿高。
本实施例中，如图4所示，上述偏梯形螺纹的导向面的倾斜角度优选为10°，偏梯形螺纹的承载面的倾斜角度优选为-5°，外螺纹8齿高优选为1mm，内螺纹3齿高优选为1.2mm，外螺纹8及和内螺纹3的锥度均优选为1∶16，螺纹的螺距优选为6牙/in；上述螺纹是以偏梯形螺纹为基础设计的一种倒钩型螺纹，其承载面优选为-5°度，能够有效提高螺纹接头的抗滑脱能力，内外螺纹8旋和后，外螺纹8齿顶和内螺纹3齿底并未接触，能够降低螺纹的应力，防止螺纹产生粘扣现象，能够有效保证螺纹接头的结构稳定性。
优选地，上述螺纹齿顶/齿根方向平行于管体轴线方向，上述优选设置能够使得管体1和接箍2之间的螺纹更易于上扣，不易错扣；同时，也能够很大程度上降低了螺纹磨损和黏结的风险；进一步的，上述螺纹的表面优选为QPQ处理表面，经过上述金属表面改性技术处理的螺纹表面，能够大大提高其自身的抗粘扣能力，进而能够有效提高螺纹接头的结构稳定性。
实施例二：
本发明实施例二提供了一种气密封油管螺纹接头，主体结构与实施例一类似，也包括螺纹连接的管体和接箍；关于主体结构的具体设置请参见实施例一中的记载，此处旨在阐述两者的区别。
本实施例中，上述内圆弧过渡面的半径优选为0.8mm，外圆弧过渡面的半径优选为0.4mm；通过上述优选尺寸的内圆弧过渡面和外圆弧过渡面的设置，也能够有效满足扭矩台肩面和锥面密封段的应力集中的缓释需要。
本实施例中，上述管体扭矩台肩面和接箍扭矩台肩面的倾斜角度优选为-17°，上述球面密封段的半径优选为9mm，内锥面密封段与外锥面密封段的锥角优选为25°；上述-17°的角度的扭矩台肩面也具有一定的抗过扭能力，也能够在轴向载荷较大的情况下仍能保持较高的密封性能。
本实施例中，上述偏梯形螺纹的导向面的倾斜角度优选为11°，偏梯形螺纹的承载面的倾斜角度优选为-4°，外螺纹齿高优选为1mm，内螺纹齿高优选为1.3mm；上述优选设置的偏梯形螺旋，也能够有效提高螺纹接头的抗滑脱能力，以及能够有效保证螺纹接头的结构稳定性。
结合实施例一、实施例二可知：本发明上述气密封螺纹接头可满足高气压及含腐蚀性介质的苛刻工况，在轴向拉伸、压缩，扭转，内外压等载荷组合作用下具有较强的连接强度、密封性能和抗疲劳失效能力，同时具有抗粘扣、抗脱扣、抗过扭矩的优良性能。
进一步的，本发明可通过上述第一密封机构、第二密封机构形成螺纹接头内部的两级密封，能够有效提高螺纹接头的整体密封性能稳定性，进而能够有效保证其在复杂工况下仍具有较高的结构稳定性。
进一步的，本发明可具体可通过上述球面密封段与柱面密封段之间的紧密配合，能够形成螺纹接头内部的第一密封机构；可通过上述内锥面密封段与外锥面密封段之间的紧密配合，能够形成螺纹接头内部的第二密封机构；上述球面/柱面密封结构和锥面/锥面密封结构相结合，能够保证螺纹接头在复合载荷作用下的良好密封性能。
进一步的，本发明可通过上述轴向过盈配合连接结构和径向过盈配合连接结构的设置，能够有效提高螺纹接头的连接稳定性以及连接强度，能够有效保证上述气密封油管螺纹接头在恶劣工况下的结构稳定性。
进一步的，本发明可通过上述第一过渡面和第二过渡面的设置，能够提供给螺纹接头的变形缓释空间，即上述变形释放空间是由内圆弧过渡面和外圆弧过渡面所围构成的一个密闭空腔。上述变形缓释空间的设置，能够使得锥面密封段和扭矩台肩面在较大过盈量的情况下，得到变形释放，缓解应力集中现象，能够有效防止密封结构产生屈服失效。
进一步的，本发明提供的上述优化角度的扭矩台肩面，具有较强的抗过扭能力，同时对轴向载荷不敏感，能够在轴向载荷较大的情况下仍能保持较高的密封性能；上述内外螺纹旋合后，管体的内径和接箍内径齐平，能有效减少管体内部紊流现象，避免在内径变化处产生压力波动对管体造成冲击应力，提高了螺纹接头的抗应力腐蚀能力。
进一步的，本发明提供的上述螺纹是以偏梯形螺纹为基础设计的一种倒钩型螺纹，其能够有效提高螺纹接头的抗滑脱能力，内外螺纹旋和后，外螺纹齿顶和内螺纹齿底并未接触，能够降低螺纹的应力，防止螺纹产生粘扣现象，能够有效保证螺纹接头的结构稳定性。
在本申请的描述中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
本领域的技术人员应该明白，虽然本发明实施例所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明实施例而采用的实施方式，并非用以限定本发明实施例。任何本发明实施例所属领域内的技术人员，在不脱离本发明实施例所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明实施例的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种气密封油管螺纹接头，包括螺纹连接的管体和接箍；其特征在于，
所述接箍为两端对称结构，所述接箍由端部至中间依次设置有内螺纹、第一接箍密封段、第二接箍密封段和接箍扭矩台肩面；所述管体由端部至中间依次设置有管体扭矩台肩面、第二管体密封段、第一管体密封段和外螺纹；
所述外螺纹与内螺纹配合连接，所述第一接箍密封段与第一管体密封段配合连接构成第一密封机构，所述第二接箍密封段与第二管体密封段配合连接构成第二密封机构，所述接箍扭矩台肩面与管体扭矩台肩面配合连接；
所述第二接箍密封段为内锥面密封段，所述第二管体密封段为外锥面密封段，所述内螺纹、内锥面密封段、接箍扭矩台肩面与所述外螺纹、外锥面密封段、管体扭矩台肩面构成轴向过盈配合连接结构。
2.根据权利要求1所述的气密封油管螺纹接头，其特征在于，
所述第一接箍密封段为球面密封段，所述第一管体密封段为柱面密封段。
3.根据权利要求2所述的气密封油管螺纹接头，其特征在于，
所述球面密封段、内锥面密封段和所述柱面密封段、外锥面密封段构成径向过盈配合连接结构。
4.根据权利要求1或2或3所述的气密封油管螺纹接头，其特征在于，
所述第二接箍密封段与所述接箍扭矩台肩面之间还设置有第一过渡面，所述第二管体密封段与所述管体扭矩台肩面之间对应设置有第二过渡面。
5.根据权利要求4所述的气密封油管螺纹接头，其特征在于，
所述第一过渡面为内圆弧过渡面，所述第二过渡面为外圆弧过渡面。
6.根据权利要求3所述的气密封油管螺纹接头，其特征在于，
所述管体扭矩台肩面、接箍扭矩台肩面的倾斜角度均为-19°～-17°。
7.根据权利要求3所述的气密封油管螺纹接头，其特征在于，
所述内锥面密封段与所述外锥面密封段之间构成锥面密封，所述锥面密封的锥角为20°～25°。
8.根据权利要求3所述的气密封油管螺纹接头，其特征在于，
所述球面密封段的半径为4mm～9mm，所述管体的内径与所述接箍的中间段的内径相同。
9.根据权利要求3所述的气密封油管螺纹接头，其特征在于，
所述外螺纹与内螺纹均设置为偏梯形螺纹，所述偏梯形螺纹的导向面的倾斜角度为9°～11°，所述偏梯形螺纹的承载面的倾斜角度为-6°～-4°，所述内螺纹的齿高大于外螺纹的齿高。
10.根据权利要求5所述的气密封油管螺纹接头，其特征在于，
所述内圆弧过渡面的半径为0.4mm～0.8mm，所述外圆弧过渡面的半径为0.2mm～0.4mm。
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