[发明专利]一种用于油井管的气密封连接结构

说明书

技术领域

本发明涉及油井管技术，特别涉及一种用于油井管的气密封连接结构。

背景技术

随着石油工业的发展，开采难度越来越高，API螺纹已经不能满足油田对螺纹连接的油井管气密封性、连接强度、耐蚀能力等性能要求。就塔里木三超气井而言，由于作业用油井管承受较大的拉伸、压缩、内压等作用，一般特殊连接形式的油井管使用风险也很大。因此，需要开发相适应的特殊螺纹连接形式，以适应开采需求。

现有油井管螺纹连接形式，螺纹承载面以正角度为主，并且公、母头的承载面角度完全一致。公、母螺纹没有适应拉伸、压缩等工况的间隙设计。没有密封面，或者密封面结构只是两段式。

发明内容

本发明的目的在于设计一种用于油井管的气密封连接结构，可以保证螺纹连接100%达到与管体等强，包括在承受拉伸、压缩、内压、外压等各种负载时，在综合载荷达到100%管体设计强度的条件下，接头连接处不会发生失效；中国首个通过ISO13697的Ⅳ级试验评估，并且压缩效率达到100%。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于油井管的气密封连接结构，其特征是，包括管体和接箍之间配合的螺纹结构和密封面结构；所述的管体螺纹为外螺纹，偏梯形螺纹；所述的接箍螺纹为内螺纹，偏梯形螺纹；所述管体的密封面包括管体端部端侧的外主密封面、与外主密封面一侧相连、位于端面的第一外辅助密封面、与外主密封面另一侧相连的第二外辅助密封面；所述接箍的密封面包括对应管体外主密封面的内主密封面、对应管体第一外辅助密封面的内辅助密封面；所述的管体承载面角度在-1°～-10°之间，接箍承载面角度在-1°2′～-12°30′之间；所述的管体引导面角度在5°～15°之间，接箍引导面角度在5°2′～17°30′之间；管体和接箍螺纹拧接后，负角度承载面的螺纹、第一外辅助密封面与内主密封面共同形成楔形结构。

进一步，所述的管体、接箍的螺纹的齿高为1～3mm、螺距3～6mm、螺纹锥度2%～12%。

所述的管体螺纹与接箍螺纹在高度方向上有0.1～0.5mm的间隙，在宽度方向上有0.05～0.35mm间隙。即所述管体螺纹的齿高小于接箍螺纹的齿高，在0.1～0.5mm之间。所述的管体螺纹的齿宽比接箍螺纹齿宽窄，间隙为0.05～0.35mm。

另外，本发明所述的管体螺纹与接箍螺纹齿形接触的圆弧配合均留有间隙，间隙大小为0.001～1mm。

所述的管体的外主密封面及第一、第二外辅助密封面均为锥面。

所述的管体外主密封面与轴线角度在20°-45°之间，第一外辅助密封面与轴线角度在50°-90°之间，第二外辅助密封面与轴线的角度在2°-15°之间。

再有，本发明所述的管体第一、第二外辅助密封面与外主密封面之间为圆弧过渡，且两个圆弧半径相同，为0.2～1.0mm。

本发明连接由带有外螺纹和密封面的管体与带有内螺纹和密封面的接箍组成。其中，管体螺纹是偏梯形，密封面三段结构；接箍螺纹是偏梯形螺纹，密封面为两段结构。在管体、接箍螺纹拧接以后，负角度承载面的螺纹、第一外辅助密封面、内主密封面共同形成非常稳定的楔形结构，牢固主密封面效果，增加密封的可靠性。

本发明管体、接箍螺纹为：螺纹齿高范围1-3mm、螺距范围3～6mm、螺纹锥度范围2%～12%；管体螺纹的齿高小于接箍齿高，留有0.1～0.5mm的径向间隙，用以储存更多的螺纹脂，降低拧接后螺纹脂聚集所带来的有害应力。

管体螺纹的齿宽比接箍螺纹齿宽窄，除了储存螺纹脂以外，考虑到螺纹承受压缩时需要引导面更快、更多的承受压缩载荷，减轻对于密封面的影响，轴向间隙在0.05～0.35mm之间。

齿形接触的圆弧配合均留有间隙，0.001～1mm之间，提升螺纹在弯曲等负荷加载下的柔性。

承载面角度在-1°～-10°之间，同时接箍螺纹承载面负角度比管体螺纹承载面负角度略小，范围在-1°2′～-12°30′之间，该角度偏差可以在拉伸时自然形成面与面的完全贴合，形成可靠接触，保证拉伸强度。

引导面角度在5°～15°之间，同时接箍螺纹引导面角度比管体螺纹略大，范围在5°2′～17°30′之间，保证在压缩（包括弯曲时）时自然形成面与面的完全贴合，保证接触可靠。

本发明管体的三段密封面都是锥面，外主密封面起主要密封作用，第一外辅助密封面起辅助密封，以及控制扭矩作用；与负角度螺纹在整体结构上起楔形稳定作用。