[发明专利]气井用套管气密封螺纹接头

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然气井用套管螺纹接头，尤其涉及一种可实现高温高压气井安全开采的套管特殊螺纹接头。

技术背景

石油天然气开发中，所采用的套管是由螺纹拧接连接组成的套管柱，螺纹是管柱中的最薄弱环节，其结构完整性、密封完整性和可靠性，严重影响油田的安全生产和管柱寿命。

国内外气密封特殊螺纹主要扣型是VAM、3SB、NSCC、BGC、WSP、TPCQ、APIBC扣等。

气田具有高温、高压含腐蚀介质等特点，由于气套管螺纹接头在完井施工的不同阶段，在井下承受拉伸、压缩，内压和外压及弯曲复合载荷的作用，极易发生失效。目前在高温高压井中已使用的部分气套管发生了粘扣和气体泄漏现象，对起出的气套管接头观察，与流体直接接触的丝扣连接部位发生的腐蚀数量最多，其次为台肩部位。因此，为确保高温高压井的安全开发，需要高性能的特殊螺纹接头气套管。

针对高温、高压含腐蚀介质气井，目前主要采取的气密封技术措施是采用金属/金属密封和扭矩台肩配合，一般为两级台肩一级主密封，密封结构有球面/曲面、锥面/锥面、球面/锥面、柱面/柱面、球面/柱面；台肩一般采用90°扭矩台肩、-15°扭矩台肩和-20°扭矩台肩。

现有气密封技术存在的主要问题：

1.锥面/锥面、柱面/对柱面密封具有接触压力峰值高、接触长度均接触压力低的特点，所以存在易粘扣的技术问题。

2.球面/锥面、球面/柱面密封具有接触压力峰值低、接触长度低、平均接触压力高的特点，所以存在密封不稳定的技术问题。

3.采用90°扭矩台肩，在拉伸载荷下台肩易分离。

4.采用-15°扭矩台肩和-20°扭矩台肩，压缩载荷下台肩易发生剪切断裂失效。

5、现有各种气密封均容易出现台肩腐蚀现象，造成密封泄漏。

发明内容

为了解决现有气井管柱气密封螺纹接头容易出现粘扣、密封不稳、台肩失效、台肩腐蚀泄露等技术问题，本发明提出了一种气井用套管气密封螺纹接头。

本发明的技术解决方案是：

一种气井用套管气密封螺纹接头，包括螺纹接头、设置在螺纹接头间的扭矩台肩1和主密封，其特殊之处在于：所述主密封包括靠近扭矩台肩1的第一密封2和靠近螺纹接头的第二密封3；所述第一密封为锥面/锥面密封结构，所述第二密封为锥面/球面密封结构；所述扭矩台肩为-4.5°～-5.5°扭矩台肩。

上述扭矩台肩为-5°扭矩台肩。

上述第一密封的锥面的锥度为1∶6～1∶12，所述第二密封的锥面的锥度与第一密封的锥面相等；所述第二密封的球面的圆弧R半径为60～90mm。

上述主密封长度H为3～6mm；所述扭矩台肩宽度L为4～6mm。

上述接头螺纹为API偏梯形螺纹。

上述API偏梯形螺纹的螺纹导向面角度α₁为10°～45°；螺纹承载面角度α₂为3°～-30°。

本发明所具有的有益效果：

1、本发明采用-5°扭矩台肩和两级密封的结构形式，-5°扭矩台肩具有抗过扭矩和抗压缩的作用，两级密封可防止粘扣及保证密封完整性，从而保证上扣后台肩具有较低的复合应力/接触应力，可预防台肩的应力腐蚀和抗压缩失效问题。锥面/锥面和锥面/球面两级密封，可保证在复合载荷(内压和拉伸载荷)作用下具有良好的密封完整性，明显优于目前采用的单级密封结构。

2、本发明特殊螺纹接头套管可满足高温、高压含腐蚀介质等苛刻工况复合载荷的需要，具有抗粘扣和过扭矩的性能、复合载荷下连接和密封性能、连接处内壁具有低复合应力。压缩效率(40％)和拉伸达到等管体，在VME＝95％材料屈服强度包络线载荷条件下不发生泄漏，确保套管柱的结构和密封完整性。

3、本发明可用于高温、高压气井深井、超深井、定向井和水平井。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明各部分的关系示意图；

图3为上扣后的密封面及台肩面应力分布图；

图4为内压作用下密封面及台肩面应力分布图；

图5为内压(73MPa)加拉伸至失效时流体穿透密封的长度示意图；

图6为复合载荷气密封试验加载点示意图；

附图标记为：1-扭矩台肩；2-第一密封；3-第二密封；4-储油退刀槽；5-螺纹承载面；6-螺纹导向面；α₀-扭矩台肩倾角；α₁-螺纹导向面角度；α₂-螺纹承载面角度；H-主密封长度；R-第二密封的球面的圆弧半径；L-扭矩台肩宽度；H-储油退刀槽高度。