CN201288903Y - 一种负承载面角的油套管螺纹连接接头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及的是一种油井管螺纹接头，特别是一种负承载面角的油套管螺纹连接接头，适合于有高抗扭矩、高气密封性能要求的油田应用。它由两端带有负承载面角的内螺纹的接箍和两个分别带有同样负承载面角的外螺纹的套管管体连接组成；所述的外螺纹具有外螺纹齿顶、外螺纹导入面、外螺纹齿底、外螺纹承载面，所述内螺纹具有内螺纹齿顶、内螺纹导入面、内螺纹齿底、内螺纹承载面；所述的内螺纹和外螺纹有相同的牙形角为10°，外螺纹承载面和内螺纹承载面角是负角，角度为－2°，月牙形导入面角度为12°。它解决了上述石油生产现有技术中偏梯形螺纹抗扭矩性能较差，密封性能较低的技术问题，提供一种负承载面角的油套管螺纹连接接头。
Description
技术领域
本实用新型涉及的是一种油井管螺纹接头，特别是一种负承载面角的油套管螺纹连接接头，适合于有高抗扭矩、高气密封性能要求的油田应用。
背景技术
油套管是油气田开采中必需且用量很大的石油专用管材，数百上千根油套管通过螺纹连接在一起形成油井管柱，其质量直接影响到石油钻采作业的成败和油气井的使用寿命。油套管柱一般要承受很高的内外压力和由于自重而引起的拉伸载荷的作用，连接螺纹是整个油套管柱中最薄弱的环节，据统计油套管失效事故中有80％以上都发生在螺纹连接处，所以提高油套管螺纹的连接质量是确保油套管柱质量的最关键的因素。内外螺纹组成的整体又通常称为油井管螺纹接头，从总体上看油井管螺纹接头可以分为两类：一类是API(AmericanPetroleum Institute)螺纹接头即符合美国石油学会API标准的螺纹接头，包括短圆螺纹接头、长圆螺纹接头、偏梯形螺纹接头等接头，这种接头的优点是技术成熟，易于加工和检测互换性好，而且生产成本较低，但API接头由于结构设计本身的原因存在许多难以克服的缺陷，如圆螺纹接头的连接强度较低，仅为管体连接强度的60-80％，不能保障油套管柱的结构完整性，偏梯形螺纹接头的抗扭矩性能较差，密封性能不可靠，气密封压力一般不超过28MPa，不能保障油套管柱的密封完整性，使这种螺纹的应用受到很大限制。另外一类是非API螺纹接头也称为特殊螺纹接头，非API标准的特殊螺纹接头大多是在偏梯形螺纹接头基础上，增加了抗扭矩台肩、金属对金属密封结构的优质螺纹接头，但目前国内非API标准的特殊螺纹接头主要依赖进口，面临如价格高、现场检验困难、附件供应不及时等问题，难以大量推广，无法满足油田对特殊螺纹接头的需要；而随着国内深井、超深井及高压油气井生产数量的日益增多，对于具有高抗扭矩、高气密封性能的特殊螺纹接头的需求也日益增大，因此需要开发适合于有高抗扭矩、高气密封性能要求的油套管螺纹连接接头。
发明内容
本实用新型解决了上述石油生产现有技术中偏梯形螺纹抗扭矩性能较差，密封性能较低的技术问题，提供一种负承载面角的油套管螺纹连接接头。
为实现上述目的，本实用新型是这样实现的：
一种负承载面角的油套管螺纹连接接头，其特征在于：它由两端带有负承载面角的内螺纹的接箍和两个分别带有同样负承载面角的外螺纹的套管管体连接组成；所述的外螺纹具有外螺纹齿顶、外螺纹导入面、外螺纹齿底、外螺纹承载面，所述内螺纹具有内螺纹齿顶、内螺纹导入面、内螺纹齿底、内螺纹承载面；所述的内螺纹和外螺纹有相同的牙形角为10°，外螺纹承载面和内螺纹承载面角是负角，角度为—2°，月牙形导入面角度为12°。
所述的负承载而角的油套管螺纹连接接头，其特征在于：所述的接箍的内螺纹齿底与内螺纹承载面之间的圆角比套管的外螺纹齿底与外螺纹承载面之间的圆角大圆角半径的0.05倍。
所述的负承载面角的油套管螺纹连接接头，其特征在于：所述的接箍中心部位两侧设置两个角度为15°的内扭矩凸台肩，套管两端各设置与接箍中内扭矩台肩配合的角度为15°的内扭矩凸台肩。
所述的负承载面角的油套管螺纹连接接头，其特征在于：所述的接箍的内螺纹与其内扭矩凸台肩之间设置角度为24°的内密封锥面，套管的外螺纹与其内扭矩凸台肩之间设置与接箍内密封锥面配合的角度为24°的内密封锥面，二内密封锥面过盈重叠长度大于0.15mm。
所述的负承载面角的油套管螺纹连接接头，其特征在于：所述的接箍的内螺纹与其内密封锥面之间设置圆柱面的接箍密封过渡段，套管的外螺纹与其内密封锥面之间设置有圆锥面的套管密封过渡段，锥度不大于1:16，套管端部首齿角度为45—65°。
所述的负承载面角的油套管螺纹连接接头，其特征在于：所述的接箍的内扭矩凸台肩与其内密封锥面之间的圆角比套管的内扭矩凸台肩与其内密封锥面之间的圆角小圆角半径的0.3倍。
所述的负承载面角的油套管螺纹连接接头，其特征在于：所述的内、外螺纹的平均齿厚宽度为螺距的1/2，内、外螺纹的齿厚宽度相差0.03mm。
所述的负承载面角的油套管螺纹连接接头，其特征在于：所述的内、外螺纹的齿高为非对称型，内、外螺纹的齿高相差0.05mm。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过采用负承载面角的连接螺纹齿形，完全消除了承载面角为正时接头承受拉伸载荷作用引起的径向分力，避免螺纹滑脱失效，保证接头在螺纹处的可靠连接；接箍的内螺纹齿底与内螺纹承载面之间的圆角没有采用API标准角度，而是比对应的套管的外螺纹齿底与外螺纹承载面之间的圆角大圆角半径的0.05倍，可以有效的减轻螺纹根部的应力集中；而非对称型内外螺纹的的齿高设计可有效的提高内外螺纹连接部位的气密封性能；接箍和套管设置合理的内扭矩凸台肩可以大大提高油套管螺纹连接接头的扭矩抗力；接箍和套管之间设置的合理的内密封锥面的形态、密封过渡段的形态、套管端部首齿角度和过盈重叠程度以及不同的内扭矩凸台肩与内密封锥面之间的圆角可以保证内密封锥面之间的有效接触，这种有效接触实现金属对金属的可靠密封，使得本实用新型负承载面角的油套管螺纹连接接头具有高的抗扭矩和气密封性能。
附图说明
图1为本实用新型的剖面结构示意图。
图2为图1中负承载面角螺纹连接部分的放大示意图。
图3为图1中凸台肩及密封结构部分的放大示意图。
图中：
1、9---套管 2---接箍
3---套管外螺纹 3a---外螺纹齿顶
3b---外螺纹导入面 3c---外螺纹齿底
3d---外螺纹承载面 4---接箍内螺纹
4a---内螺纹齿顶 4b---内螺纹导入面
4c---内螺纹齿底 4d---内螺纹承载面
5---套管密封锥面 6---接箍密封锥面
7---套管内扭矩凸台肩 8---接箍内扭矩凸台肩
10---接箍密封过渡段 11---套管密封过渡段
12---套管端部首齿角度
具体实施方式
结合附图对本实用新型的负承载面角的油套管螺纹连接接头加以说明。
如图1、图2、图3所示，该种负承载面角的油套管螺纹连接接头，它包括一个两端带有一种负承载面角的内螺纹的接箍2和两个分别带有同样负承载面角的外螺纹的套管管体1、9共三部分连接组成。
套管1、9分别在接箍2的两端旋入连接，套管1为油田现场手紧端，套管9为工厂机紧端，它们的内螺纹4和外螺纹3有相同的牙形角为10°、其承载面3d、4d与轴线垂直方向的夹角是负角为-2°、其牙形导入面3b、4b与轴线垂直方向的夹角为12°；套管1、9的外螺纹3和接箍2的内螺纹4有相同的锥度为62.5mm/m(1:16)；内外螺纹的齿顶3a、4a和齿底3c、4c与其锥度线平行；接箍2的内螺纹齿底4c与内螺纹承载面4d之间的圆角比套管1、9的外螺纹齿底3c与外螺纹承载面3d的圆角大圆角半径的0.05倍；内外螺纹3、4的平均齿厚宽度为螺距的1/2、内外螺纹3、4的齿厚宽度相差0.03mm；内外螺纹3、4的齿高为非对称型、内外螺纹3、4的齿高相差0.05mm。
接箍2中心部位两侧各设置两个内扭矩凸台肩8、该内扭矩凸台肩8与轴线垂直方向的夹角呈15°，套管1、9两端各设置与8紧密配合的一个内扭矩凸台肩7、该内扭矩凸台肩7与轴线垂直方向的夹角呈15°。
接箍2的内螺纹4与其内扭矩凸台肩8之间设置内密封锥面6、该内密封锥面6与轴线方向的夹角呈24°，套管1、9的外螺纹3与其内扭矩凸台肩7之间设置与6配合的内密封锥面5、该内密封锥面5与轴线方向的夹角呈24°，密封锥面6和5有效接触呈过盈配合，过盈重叠长度大于0.15mm；接箍2的内螺纹4与其内密封锥面6之间设置圆柱面的接箍密封过渡段，在套管1、9的外螺纹3与其内密封锥面5之间设置有圆锥面的套管密封过渡段11，其锥度不大于1：16，套管端部首齿斜角12为45°-65°(与轴线垂直方向)；接箍2的内扭矩凸台肩8与内密封锥面6之间的圆角比套管1、9的内扭矩凸台肩7与内密封锥面5之间的圆角小圆角半径的0.3倍，保证两个内扭矩凸台肩7、8之间的紧密配合，保证两个内密封锥面5、6之间的紧密配合，使连接接头达到高抗扭矩和高气密封性能。
实施例：
该螺纹连接接头的内螺纹和外螺纹均采用负承载面角螺纹，牙形角为10°、承载面角为-2°、导入面角为12°；内外螺纹有相同的锥度为1:16；螺距是每25.4mm(1英寸)5牙，内螺纹的齿厚宽度为2.54mm、外螺纹的齿厚宽度为2.51mm；内螺纹的齿高为1.625mm、外螺纹的齿高为1.575mm；外螺纹齿底与其承载面之间的圆角为0.2*圆角半径，内螺纹齿底与其承载面之间的圆角为0.25*圆角半径；接箍的内扭矩台肩和套管的内扭矩台肩均与轴线垂直方向呈15°。接箍的内密封锥面和套管的内密封锥面均与轴线方向呈24°，密封锥面过盈重叠长度为0.30mm；套管密封过渡段的锥度为1:16，其端部首齿斜角60°(与轴线垂直方向)；套管的内扭矩凸台肩与内密封锥面之间的圆角为0.5*圆角半径，接箍的内扭矩凸台与内密封锥面之间的圆角为0.8*圆角半径。
Claims (8)
1、一种负承载面角的油套管螺纹连接接头，其特征在于：它由两端带有负承载面角的内螺纹(4)的接箍(2)和两个分别带有同样负承载面角的外螺纹(3)的套管管体(1、9)连接组成；所述的外螺纹(3)具有外螺纹齿顶(3a)、外螺纹导入面(3b)、外螺纹齿底(3c)、外螺纹承载面(3d)，所述内螺纹(4)具有内螺纹齿顶(4a)、内螺纹导入面(4b)、内螺纹齿底(4c)、内螺纹承载面(4d)；所述的内螺纹(4)和外螺纹(3)有相同的牙形角为10°，外螺纹承载面(3d)和内螺纹承载面(4d)角是负角，角度为—2°，月牙形导入面(3b、4b)角度为12°。
2、根据权利要求1所述的负承载面角的油套管螺纹连接接头，其特征在于：所述的接箍(2)的内螺纹齿底(4c)与内螺纹承载面(4d)之间的圆角比套管(1、9)的外螺纹齿底(3c)与外螺纹承载面(3d)之间的圆角大圆角半径的0.05倍。
3、根据权利要求1所述的负承载面角的油套管螺纹连接接头，其特征在于：所述的接箍(2)中心部位两侧设置两个角度为15°的内扭矩凸台肩(8)，套管(1、9)两端各设置与接箍(2)中内扭矩台肩(8)配合的角度为15°的内扭矩凸台肩(7)。
4、根据权利要求3所述的负承载面角的油套管螺纹连接接头，其特征在于：所述的接箍(2)的内螺纹(4)与其内扭矩凸台肩(8)之间设置角度为24°的内密封锥面(6)，套管(1、9)的外螺纹(3)与其内扭矩凸台肩(7)之间设置与接箍内密封锥面(6)配合的角度为24°的内密封锥面(5)，二内密封锥面(5、6)过盈重叠长度大于0.15mm。
5、根据权利要求4所述的负承载面角的油套管螺纹连接接头，其特征在于：所述的接箍(2)的内螺纹(4)与其内密封锥面(6)之间设置圆柱面的接箍密封过渡段(10)，套管(1、9)的外螺纹(3)与其内密封锥面(5)之间设置有圆锥面的套管密封过渡段(11)，锥度不大于1:16，套管端部首齿角度为45—65°。
6、根据权利要求4或5所述的负承载面角的油套管螺纹连接接头，其特征在于：所述的接箍(2)的内扭矩凸台肩(8)与其内密封锥面(6)之间的圆角比套管(1、9)的内扭矩凸台肩(7)与其内密封锥面(5)之间的圆角小圆角半径的0.3倍。
7、根据权利要求1所述的负承载面角的油套管螺纹连接接头，其特征在于：所述的内螺纹(4)、外螺纹(3)的平均齿厚宽度为螺距的1/2，内螺纹(4)、外螺纹(3)的齿厚宽度相差0.03mm。
8、根据权利要求1所述的负承载面角的油套管螺纹连接接头，其特征在于：所述的内螺纹(4)、外螺纹(3)的齿高为非对称型，内螺纹(4)、外螺纹(3)的齿高相差0.05mm。
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