[发明专利]一种油套管特殊扣的气密封连接结构

说明书

技术领域：

本发明属于石油开采钻井设备技术领域，涉及钻井设备的套管螺纹连接技术，特别涉及一种油套管特殊扣的气密封连接结构。

背景技术：

随着世界对化石能源需求的急剧攀升和石油可开采量的逐年减小，当前石油开采领域正向深井、超深井、高压油气井、稠油热采井、定向井等的开采方向逐步发展，由此对石油管和管间的密封提出了越来越苛刻的技术要求。以往大量使用的API(美国石油学会)标准圆螺纹和偏梯形螺纹接头在气密封性、连接强度和耐腐蚀性方面都不能够满足开采环境条件恶劣的油气井的需求。迫使人们去研究开发性能更加可靠的特殊螺纹接头。

目前国内深井和超深油井数量日益增多，非API标准的特殊石油管螺纹连接的使用量逐渐增大。然而在油田的现实应用中油管断裂、油管泄漏和油管脱扣等事故时有发生，给油田带来了巨大的经济损失。这其中，由于管间气密封不严所造成的油田伴生气的泄漏会带来严重的事故隐患。这是因为，在深井、超深井的油气开采过程中，由于管间密封不严，泄漏的可燃气体会沿着井壁或者地质层薄弱的地方进行扩散和聚集，并在油井开采口或者远离油井的地质薄弱地方形成突然喷发，如果遇到明火，还会引起燃烧或爆炸，更为可怕的是，泄漏气体在地质层的扩散聚集地点往往不可预测，因此，这种由于管间气密封不严所引起的气体泄漏是绝对不允许的。

油管失效事故大多数发生在螺纹连接部及密封面处，大体分为下面几种类型：(1)油管螺纹断裂；(2)密封失效；(3)粘扣：(4)滑脱；(5)台肩和螺纹表面擦伤；(6)疲劳破坏；(7)屈曲。国内关于非API标准的油套管螺纹特殊扣连接结构的研究大多集中在螺纹型线及其连接形式、螺纹连接强度改善以及螺纹配合公差的优化等。专利《油、套管螺纹接头》(专利号：97115288)通过分段变换管体和接箍的工程锥面，将管体、管接箍螺纹分为2或3段，可使螺纹各齿面上的接触应力均匀后，目的是减缓或防止螺纹齿面粘扣。专利《油、套管螺纹接头》(专利号：02112259)采用分段变化螺距和加工好后再车削的方法，使载荷在各圈螺纹上的分布更加接近等载荷分布，提高连接强度和抗应力腐蚀性能。专利《一种耐粘扣的石油套管接头》(专利号：200710134704)公布了一种耐粘扣的套管接头，其螺纹锥度为1∶6～1∶8，螺距为每英寸3牙，螺纹高度为2.05～2.45，螺纹导向角为25～30°，承载面角度为0°，螺纹配合后形成过盈配合。上述专利主要是针对改善螺纹连接强度的措施。

专利《高气密偏梯形螺纹套管连接结构》(专利号：96106583)公布了偏梯形螺纹连接的密封结构，该结构的密封面是采用管体两端的弧形曲面的过盈配合来实现的，接箍只是起连接的作用，并不参与密封功能。实用新型专利《套管螺纹接头》(专利号：200720199432)公布了一种管体圆柱面和接箍锥形面的主密封形式和管体圆弧面和接箍圆弧面的副密封的配合形式。实用新型专利《一种油、套管螺纹接头》(专利号：200920154275)公布了一种管体凸弧锥形密封面和接箍锥形密封面的密封形式。实用新型专利《石油套管气密封螺纹接头》(专利号：02209453)公布了一种管体锥形密封面和接箍锥形密封面的密封形式。实用新型专利《一种抗扭矩油、套管螺纹接头》(专利号：200320120235)公布了一种管体弧面锥形密封面和接箍平面锥形密封面的密封形式。实用新型专利《一种特殊螺纹油套管接头》(专利号：200920227274)公布了一种管体锥面锥形密封面和接箍锥面锥形密封面的密封形式。上述专利针对油套管的连接方式主要提出了管体与接箍的多种密封结构形式，然而，由于深井和高压气井的工况非常恶劣，井下管体需要经受扭曲、挤压、拉伸、高温高压等恶劣环境考验，通过对油井开采现场中管接头事故的分析和对各种密封配合管接头的有限元分析表明，密封面应力过大是产生塑性变形和划伤的原因之一，其次，由于井下复杂工况下密封面在过盈配合时所发生的弹塑性变形缺少形变释放空间或根本没有设置形变释放空间，也会导致密封面个别部位发生塑性变形，引起密封面的划伤和泄漏。而上述专利中虽然公布了不同的密封形式，但专利本身的着重点在于螺纹本身的设计或螺纹配合的设计，密封面的受力状况恶劣，而且专利也没有考虑到密封面的形变释放空间。

发明内容：

本发明的目的是提供一种包含高效密封、抗扭矩和具有变形释放空间的气密封连接结构。