CN113107384A - 一种油管不粘扣连接结构及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油田管道设施领域，尤其涉及一种油管不粘扣连接结构及工艺，包括油管本体和接箍，接箍通过圆锥螺纹密封连接在油管本体的一端，所述油管本体上与接箍匹配的外螺纹分为三段，分别称为上螺纹、中螺纹和下螺纹，三段螺纹均为圆锥螺纹；所述接箍为一组件，包括接箍本体、压帽、锥套、弹簧、上环和中环，锥套、弹簧、上环和中环按照从上到下的顺序安装在接箍本体一端的止口内，所述压帽固定连接在接箍本体的一端，从而将锥套、弹簧、上环和中环限制在所述止口内；所述压帽下端的内侧和所述锥套上端的外侧通过圆锥面配合。本发明通过分段式的螺纹设计，有效避免了螺纹拧紧后应力集中作用，达到了防粘扣目的。
Description
技术领域
本发明属于油田管道设施领域，尤其涉及一种油管不粘扣连接结构及工艺。
背景技术
API油管(简称油管)是油田井下作业时最常用的一种设备，施工过程中往往需要将多根油管连接在一起使用。按照相关技术标准，油管的端部需设置标准的API石油管螺纹，油管通过该螺纹与下一根油管或井下工具连接。生产实际中，由于频繁拧紧和拆卸，螺纹配合产生的过盈容易造成螺纹表面损伤，进而产生粘扣问题。粘扣不但使油管的拆卸困难，而且造成油管报废，严重影响施工效率并增大物资损耗。因此，有必要研发一种新的具有防粘扣功能的油管连接结构。
发明内容
本发明提供一种油管不粘扣连接结构及工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
本发明提供了一种油管不粘扣连接结构，包括油管本体和接箍，接箍通过圆锥螺纹密封连接在油管本体的一端，所述油管本体上与接箍匹配的外螺纹分为三段，分别称为上螺纹、中螺纹和下螺纹，三段螺纹均为圆锥螺纹；
所述接箍为一组件，包括接箍本体、压帽、锥套、弹簧、上环和中环，锥套、弹簧、上环和中环按照从上到下的顺序安装在接箍本体一端的止口内，所述压帽固定连接在接箍本体的一端，从而将锥套、弹簧、上环和中环限制在所述止口内；
所述压帽下端的内侧和所述锥套上端的外侧通过圆锥面配合；
所述上环和中环只能沿接箍本体的轴线滑动而不能转动，上环和中环的内侧均设置有内螺纹，上环和中环分别通过螺纹配合连接在油管本体上的上螺纹和中螺纹上；
所述接箍本体上设置有与所述下螺纹匹配的内螺纹，接箍本体通过该内螺纹与所述下螺纹的配合密封连接在油管本体上；
接箍本体的另一端的内侧加工有API油管内螺纹，油管本体的另一端也加工有与该API 油管螺纹匹配的API油管外螺纹。
作为进一步的技术方案，所述下螺纹的硬度大于上螺纹和中螺纹的硬度，同时也大于与下螺纹匹配的内螺纹的硬度。
作为进一步的技术方案，所述上螺纹和中螺纹处的螺纹配合公差为H8/e7,所述下螺纹处的螺纹配合公差为H8/g7。
作为进一步的技术方案，所述上环的最小内径大于所述中螺纹的最大外径，所述中环的最小内径大于所述下螺纹的最大外径。
作为进一步的技术方案，所述上螺纹和中螺纹的螺距相同，所述下螺纹的螺距小于上螺纹和中螺纹的螺距。
作为进一步的技术方案，所述弹簧为一组件，包括内环和外环，外环套在内环外侧，内环和外环的横截面均为圆弧状，内环内侧的圆弧面向内侧凸出，外环外侧的圆弧面向外侧凸出。
作为进一步的技术方案，所述上环与中环之间、中环与接箍本体之间均设置有防转销，以防止上环和中环与接箍本体之间相对转动。
作为进一步的技术方案，所述锥套的内侧设置有防滑凸起，以提高其承受载荷的能力，防滑凸起为成螺纹形状，且螺纹的螺距和旋向与下螺纹相同。
本发明还提供了一种油管不粘扣连接结构的施工工艺，其特征在于包括如下步骤：
步骤一，通过API油管螺纹的配合在每一根油管本体的上端安装接箍，并在施工过程中不再拆卸。
步骤二，使用作业车将一根油管吊起并从井口下入，然后吊起另一根油管，当油管本体接近接箍时，缓慢下放，直至油管本体***接箍内。
步骤三，使用液压管钳将油管本体拧紧在接箍上。
本发明的有益效果为：
一、经过分析，API油管螺纹粘扣的原因主要有一下几个：
1、采用传统的API油管螺纹时，由于油管手拉力载荷发生形变，使油管管柱的载荷集中作用在最下面的几圈螺纹上，载荷分布较为集中，导致螺纹之间的接触压力过大，当该压力超出螺纹材质所能达到的极限时，螺纹的表面便被破坏，进而导致粘扣问题。
2、多次拆装后，螺纹的表，面被破坏，进而导致粘扣。
3、错扣拧紧导致粘扣。
而本发明通过一个看似简单的方案，同时从上述三个方面改善了粘扣问题，增加了油管的使用寿命。具体而言：
首先，本发明中，一方面，与油管配合的螺纹分别加工在三个独立的零件上，油管在载荷作用下形变后，载荷不会集中在某一段螺纹上，而是同时分配到三段螺纹上，因此不会发生粘扣问题；另一方面，油管管柱承受拉力后，锥套楔入压帽和油管之间，从而将油管夹住，进而通过锥套分担螺纹整体的拉力载荷，锥套和螺纹共同分担拉力载荷，进一步防止因载荷集中而导致的粘扣问题。
其次，本发明中，所述上环的最小内径大于所述中螺纹的最大外径，所述中环的最小内径大于所述下螺纹的最大外径。基于该技术特征，三段外螺纹得以同时旋入对应的内螺纹，好处是，由于拧紧圈数少，每次拆装螺纹牙侧的摩擦量大幅降低(约为现有技术的三分之一)，从而大幅减少了多次拆装后粘扣情况的发生。同时，在螺纹表面硬度一定的条件下，螺纹的理论寿命变为现有技术的三倍。另外，拧紧圈数少，可显著提高施工效率。
再次，本发明中，三段螺纹，同时入扣，相当于在入口前油管本体与接箍之间有至少三条支撑线，从而起到扶正作用，有效避免了错扣的发生，进而避免了因错扣导致的粘扣问题。另外，锥套的扶正作用也有效避免了粘扣。
二、本发明不但创造性地将油管本体与接箍之间的螺纹分成三段，而且对三段螺纹进行了不同分工：上螺纹和中螺纹处的螺纹配合只起到承受拉力载荷的作用，不起密封作用；下螺纹处的螺纹配合起密封作用，并分担一部分拉力载荷。从结构上说，这种结构是现有技术中不曾有过的。从技术效果上说，所述上螺纹和中螺纹处的螺纹配合公差选用配合间隙稍大的H8/e7公差带,所述下螺纹处的螺纹配合公差选用配合间隙较小的H8/g7公差带，这种差异化地选用配合公差，不但使上螺纹和中螺纹旋入过程中更加省力，而且能进一步提高下螺纹处的密封可靠性。
四、所述上螺纹和中螺纹的螺距相同，所述下螺纹的螺距小于上螺纹和中螺纹的螺距。通过这一巧妙的结构设计，使螺纹拧紧过程中产生向上的推动力来推动锥套，使锥套楔入压帽和油管本体之间，不但保证锥套的夹紧效果，也使上环与压帽之间的支撑更加坚实，从而保证上环和中环得以充分参与到拉力载荷的分配中来。
五、本发明中，由内环和外环构成的弹簧，可在承压后向内外两侧扩张，这一方面可以上环和中环提供复位所需的回复力，另一方面可在承压后抱紧油管本体，从而进一步分担螺纹连接处的拉力载荷。
附图说明
图1是本发明中油管的构造示意图。
图2是本发明中油管的另一种实施例的构造示意图。
图中：1、接箍本体；2、API油管内螺纹；3、下螺纹；4、防转销；5、中环；6、中螺纹；7、上环；8、上螺纹；9、外环；10、内环；11、锥套；12、压帽；13、油管本体；14、横向滑块；15、竖向滑块；16、滑杆；17、托环。
具体实施方式
实施例一：
以下结合附图对本发明做进一步描述：
如图1所示，本实施例包括油管本体13和接箍，接箍通过圆锥螺纹密封连接在油管本体 13的一端。以上为现有技术中的常见结构，在此不再赘述。
如图1所示，作为本发明的重要创新之一，所述油管本体13上与接箍匹配的外螺纹分为三段，分别称为上螺纹8、中螺纹6和下螺纹3，三段螺纹均为圆锥螺纹。其中，上螺纹8和中螺纹6处的螺纹配合只起到承受拉力载荷的作用，不起密封作用；下螺纹3处的螺纹配合起密封作用，并分担一部分拉力载荷。从结构上说，这种结构是现有技术中不曾有过的。从技术效果上说，基于这种分工，才得以通过差异化的公差设置，使上螺纹8和中螺纹6旋入过程中更加省力，同时保证下螺纹3处的密封可靠性。
如图1所示，所述接箍为一组件，包括接箍本体1、压帽12、锥套11、弹簧、上环7和中环5，锥套11、弹簧、上环7和中环5按照从上到下的顺序安装在接箍本体1一端的止口内，所述压帽12固定连接在接箍本体1的一端，从而将锥套11、弹簧、上环7和中环5限制在所述止口内；所述压帽12下端的内侧和所述锥套11上端的外侧通过圆锥面配合；所述上环7和中环5只能沿接箍本体1的轴线滑动而不能转动，上环7和中环5的内侧均设置有内螺纹，上环7和中环5分别通过螺纹配合连接在油管本体13上的上螺纹8和中螺纹6上；所述接箍本体1上设置有与所述下螺纹3匹配的内螺纹，接箍本体1通过该内螺纹与所述下螺纹3的配合密封连接在油管本体13上；接箍本体1的另一端的内侧加工有API油管内螺纹 2，油管本体13的另一端也加工有与该API油管螺纹匹配的API油管外螺纹。
基于上述结构，本发明中，与油管配合的螺纹分别加工在三个独立的零件上，油管在载荷作用下形变后，载荷不会集中在某一段螺纹上，而是同时分配到三段螺纹上，因此不会发生粘扣问题；另一方面，油管管柱承受拉力后，锥套11楔入压帽12和油管之间，从而将油管夹住，进而通过锥套11分担螺纹整体的拉力载荷，锥套11和螺纹共同分担拉力载荷，进一步防止因载荷集中而导致的粘扣问题。
另外，本发明中，三段螺纹，同时入扣，相当于在入口前油管本体13与接箍之间有至少三条支撑线，从而起到扶正作用，有效避免了错扣的发生，进而避免了因错扣导致的粘扣问题。另外，锥套11的扶正作用也有效避免了粘扣。
作为进一步的优化方案，还可在锥套11的内侧设置防滑凸起，以提高其承受载荷的能力。另外，为了防止油管本体13与接箍连接后难以拆卸，可将防滑凸起设置成螺纹形状，并使螺纹的螺距和旋向与下螺纹3相同，这样，当需要将油管本体13从接箍上拆下时，锥套11不会对明显增加拆卸所需的力矩，同时又能保证锥套11可有效承担油管本体13的拉力载荷。
如图1所示，作为进一步的技术方案，所述下螺纹3的硬度大于上螺纹8和中螺纹6的硬度，同时也大于与下螺纹3匹配的内螺纹的硬度。根据锥螺纹的密封理论，螺纹配合面的硬度差异有利于改善螺纹的密封性，而本发明中的密封主要依靠下螺纹3处的密封，因此，改善下螺纹3处的密封性能十分必要。
具体实施时，还可在上环7和中环5的外侧设置密封圈，从而使上环7和中环5参与密封，有利于改善密封性能。
如图1所示，作为进一步的技术方案，所述上螺纹8和中螺纹6处的螺纹配合公差选用配合间隙稍大的H8/e7公差带,所述下螺纹3处的螺纹配合公差选用配合间隙较小的H8/g7公差带，这种差异化地选用配合公差，不但使上螺纹8和中螺纹6旋入过程中更加省力，而且能进一步提高下螺纹3处的密封可靠性。
如图1所示，作为进一步的技术方案，所述上环7的最小内径大于所述中螺纹6的最大外径，所述中环5的最小内径大于所述下螺纹3的最大外径。基于该技术特征，三段外螺纹得以同时旋入对应的内螺纹，好处是，由于拧紧圈数少，每次拆装螺纹牙侧的摩擦量大幅降低(约为现有技术的三分之一)，从而大幅减少了多次拆装后粘扣情况的发生。同时，在螺纹表面硬度一定的条件下，螺纹的理论寿命变为现有技术的三倍。另外，拧紧圈数少，可显著提高施工效率。
如图1所示，作为进一步的技术方案，所述上螺纹8和中螺纹6的螺距相同，所述下螺纹3的螺距小于上螺纹8和中螺纹6的螺距。通过这一巧妙的结构设计，使螺纹拧紧过程中产生向上的推动力来推动锥套11，使锥套11楔入压帽12和油管本体13之间，不但保证锥套11的夹紧效果，也使上环7与压帽12之间的支撑更加坚实，从而保证上环7和中环5得以充分参与到拉力载荷的分配中来。
如图1所示，作为进一步的技术方案，所述弹簧为一组件，包括内环10和外环9，外环 9套在内环10外侧，内环10和外环9的横截面均为圆弧状，内环10内侧的圆弧面向内侧凸出，外环9外侧的圆弧面向外侧凸出。由内环10和外环9构成的弹簧，可在承压后向内外两侧扩张，这一方面可以上环7和中环5提供复位所需的回复力，另一方面可在承压后抱紧油管本体13，从而进一步分担螺纹连接处的拉力载荷。
如图1所示，作为进一步的技术方案，所述上环7与中环5之间、中环5与接箍本体1之间均设置有防转销4，以防止上环7和中环5与接箍本体1之间相对转动。这种防转结构不但可以有效防止上环7和中环5旋转，而且可在中环5与接箍本体1的相对运动过程中保持防转功能的持续作用，避免上环7和中环5旋转。
本发明还提供了一种油管不粘扣连接结构的施工工艺，其特征在于包括如下步骤：
步骤一，通过API油管螺纹的配合在每一根油管本体13的上端安装接箍，并在施工过程中不再拆卸。
步骤二，使用作业车将一根油管吊起并从井口下入，然后吊起另一根油管，当油管本体 13接近接箍时，缓慢下放，直至油管本体13***接箍内。
步骤三，使用液压管钳将油管本体13拧紧在接箍上。
实施例二：
本实施例与实施例一的区别在于弹簧的压紧方式：实施例一中，弹簧通过上环7在螺纹拧紧过程中的上移来压紧；本实施例中，弹簧通过一个特殊的传动机构实现压紧。
如图2所示，本实施例中，设置了横向滑块14、竖向滑块15、滑杆16和托环17，并在油管本体13的下端设置了用于驱动横向滑块14滑动的斜面，螺纹拧紧后，横向滑块14在该斜面的作用下横向滑动，继而迫使竖向滑块15、滑杆16和托环17竖向滑动，实现对弹簧的压紧。采用这种结构后，螺纹的拧紧程度和弹簧的压紧程度呈线性变化，有利于锥螺纹密封和锥套11夹紧的同步保证。
Claims (9)
1.一种油管不粘扣连接结构，包括油管本体(13)和接箍，接箍通过圆锥螺纹密封连接在油管本体(13)的一端，其特征在于：所述油管本体(13)上与接箍匹配的外螺纹分为三段，分别称为上螺纹(8)、中螺纹(6)和下螺纹(3)，三段螺纹均为圆锥螺纹；
所述接箍为一组件，包括接箍本体(1)、压帽(12)、锥套(11)、弹簧、上环(7)和中环(5)，锥套(11)、弹簧、上环(7)和中环(5)按照从上到下的顺序安装在接箍本体(1)一端的止口内，所述压帽(12)固定连接在接箍本体(1)的一端，从而将锥套(11)、弹簧、上环(7)和中环(5)限制在所述止口内；
所述压帽(12)下端的内侧和所述锥套(11)上端的外侧通过圆锥面配合；
所述上环(7)和中环(5)只能沿接箍本体(1)的轴线滑动而不能转动，上环(7)和中环(5)的内侧均设置有内螺纹，上环(7)和中环(5)分别通过螺纹配合连接在油管本体(13)上的上螺纹(8)和中螺纹(6)上；
所述接箍本体(1)上设置有与所述下螺纹(3)匹配的内螺纹，接箍本体(1)通过该内螺纹与所述下螺纹(3)的配合密封连接在油管本体(13)上；
接箍本体(1)的另一端的内侧加工有API油管内螺纹(2)，油管本体(13)的另一端也加工有与该API油管螺纹匹配的API油管外螺纹。
2.根据权利要求1所述的一种油管不粘扣连接结构，其特征在于：所述下螺纹(3)的硬度大于上螺纹(8)和中螺纹(6)的硬度，同时也大于与下螺纹(3)匹配的内螺纹的硬度。
3.根据权利要求1所述的一种油管不粘扣连接结构，其特征在于：所述上螺纹(8)和中螺纹(6)处的螺纹配合公差为H8/e7,所述下螺纹(3)处的螺纹配合公差为H8/g7。
4.根据权利要求1所述的一种油管不粘扣连接结构，其特征在于：所述上环(7)的最小内径大于所述中螺纹(6)的最大外径，所述中环(5)的最小内径大于所述下螺纹(3)的最大外径。
5.根据权利要求1所述的一种油管不粘扣连接结构，其特征在于：所述上螺纹(8)和中螺纹(6)的螺距相同，所述下螺纹(3)的螺距小于上螺纹(8)和中螺纹(6)的螺距。
6.根据权利要求1所述的一种油管不粘扣连接结构，其特征在于：所述弹簧为一组件，包括内环(10)和外环(9)，外环(9)套在内环(10)外侧，内环(10)和外环(9)的横截面均为圆弧状，内环(10)内侧的圆弧面向内侧凸出，外环(9)外侧的圆弧面向外侧凸出。
7.根据权利要求1所述的一种油管不粘扣连接结构，其特征在于：所述上环(7)与中环(5)之间、中环(5)与接箍本体(1)之间均设置有防转销(4)，以防止上环(7)和中环(5)与接箍本体(1)之间相对转动。
8.根据权利要求1所述的一种油管不粘扣连接结构，其特征在于：所述锥套(11)的内侧设置有防滑凸起，以提高其承受载荷的能力，防滑凸起为成螺纹形状，且螺纹的螺距和旋向与下螺纹(3)相同。
9.一种基于权利要求1-8中任意一项所述的一种油管不粘扣连接结构的施工工艺，其特征在于包括如下步骤：
步骤一，通过API油管螺纹的配合在每一根油管本体(13)的上端安装接箍，并在施工过程中不再拆卸。
步骤二，使用作业车将一根油管吊起并从井口下入，然后吊起另一根油管，当油管本体(13)接近接箍时，缓慢下放，直至油管本体(13)***接箍内。
步骤三，使用液压管钳将油管本体(13)拧紧在接箍上。
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