[发明专利]抗压缩及抗弯曲的钩形齿螺纹连接结构

说明书

技术领域

本发明涉及管道密封连接结构，特别是一种抗压缩及抗弯曲的钩形齿螺纹连接结构，更适合油田特殊需要的大偏斜井、水平井用石油套管螺纹连接结构。

背景技术

我国陆上现有油田300多个，气田近百个，形成了诸多油气井生产基地。油层埋藏深度在1000m~7000m左右。开采这些油气资源所用的石油管材为套管和油管。套管、油管及钻杆等统称油井管，服役时油井管由专用螺纹连接成数千米长的管柱。管柱在不同井段要长时间承受拉伸、压缩、弯曲、内压、外压和热循环等复合应力的作用，服役条件十分恶劣，一般情况下螺纹连接部位是整个油井管柱最薄弱的环节。

油井管螺纹应具备两个特性：1)结构完整性；2)密封完整性。结构完整性要求：螺纹啮合后要具备有足够的连接强度，不至于在外力的作用下使结构受到破坏。密封完整性要求：要能保证含有数以百计螺纹连接接头的管柱在各种外力状态下承受内外压差(一般为几百个大气压)的长期作用而不泄漏。螺纹连接强度与密封性是油套管极为重要的两个技术指标。

目前，在通用的API油套管标准系列中，采用的多是短圆螺纹、长圆螺纹、偏梯形螺纹。在保障管柱的结构完整性和密封完整性方面都存在各自的问题。如圆螺纹管柱：密封性好于偏梯形螺纹，但其螺纹连接部位只能承受相当于管体强度的60％～80％的拉伸载荷；偏梯形螺纹的连接强度好于圆螺纹管柱，但螺纹密封性能较低，气密封压力一般不超过28MP。为了弥补上述齿型自身先天的不足，人们又设计出一些特殊螺纹连接；如：利用偏梯形螺纹连接强度高的优点，在其接箍与套管锥度螺纹的D段与C段增加一组相互配合的密封锥面，并在临近锥形密封面的位置设计有扭矩台肩的方法以弥补其螺纹密封性能较差的不足。但是随着自然界中油、气资源的逐渐减少，开采难度越来越大，上述办法远不能完全适应某些高压油气井，尤其是高抗压缩、抗弯曲性，大偏斜井、水平井的技术要求，它们难以完成复杂地层油气井的使用。所以，国内油田特殊用途的油套管仍需要大量进口。

发明内容

为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种抗压缩及抗弯曲的钩形齿螺纹连接结构，同时满足大偏斜井、水平井的技术要求，在复合负载情况下无气体泄漏的高密封性能的钩形齿螺纹连接结构的套管和油管。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种抗压缩及抗弯曲的钩形齿螺纹连接结构，其中：它包括有一个两端带有内螺纹及锥形密封面与扭矩台肩的接箍，还有两支分别带有外螺纹和锥形密封面及扭矩台肩的套管连接组成；套管端部为外螺纹与接箍端部内螺纹旋合拧接，接箍端部内螺纹的D段设有内密封锥面，在内密封锥面的端部设有内扭矩台肩；所述套管端部的外螺纹C段设有外密封锥面，在套管端部外螺纹的C段设有外扭矩台肩，接箍端部内螺纹的内密封锥面和内扭矩台肩与套管外螺纹外密封锥面和外扭矩台肩相接触；所述内螺纹及外螺纹均由钩形齿螺纹构成。

所述钩形齿螺纹的牙型为钩形齿齿型，其导入面角度为20°，承载面角度为-4°，牙形角为16°。

所述内螺纹的齿高为1.675mm，外螺纹的齿高为1.575mm；内外螺纹的半齿高设置为非对称式。

在所述内外螺纹的D段与C段分别设置为带有密封台肩的密封锥面。

所述内螺纹的内扭矩台肩与外螺纹的外扭矩台肩为15°角。

所述内螺纹的内密封锥面和外螺纹的外密封锥面的夹角均为40°，形成接箍与套管的金属对金属的密封。

本发明的有益效果是该钩形齿型套管螺纹连接结构的特点：

1、钩形齿齿型其导入面角度为20°，承载面角度为-4°；不同于通常使用的偏梯形齿型，导入面角度是10°，承载面角度为3°。该钩形齿螺纹接头结构在高压缩及高弯曲外载下都有较好的性能，抗内压强度和抗外挤强度均能达到与管体等同。

2、内螺纹的齿高比外螺纹齿高略高，内外螺纹的半齿高为非对称式，不同于API标准中偏梯螺纹的螺纹中径线在螺纹齿高的1/2处位置。由于将内外螺纹中径啮合点设计在相同齿高位置，则内螺纹齿底与外螺纹齿顶必然会产生一个间隙，这个间隙为油井管所涂的丝扣油(或称为螺纹脂)所产生的压力提供一条通道，使其压力得以释放，以减少对管柱的影响；同时避免螺纹粘扣现象的发生。

3、为优化主密封面的应力分布，该结构的密封夹角设计成40°呈金属对金属密封，不同于通常的1∶10密封锥度。

4、由于是钩形齿螺纹加锥密封连接结构，采用了金属对金属密封，使气密封性能更高、更可靠，从而可以实现在高压力、高弯曲下的气体不泄漏。