[实用新型]带球面柱面密封结构的螺纹接头有效

专利信息
申请号: 201420590051.X 申请日: 2014-10-13
公开(公告)号: CN204139993U 公开(公告)日: 2015-02-04
发明(设计)人: 高连新;张毅 申请(专利权)人: 张毅;高连新;胡斌;程培庆
主分类号: E21B17/08 分类号: E21B17/08
代理公司: 无锡市大为专利商标事务所(普通合伙) 32104 代理人: 曹祖良
地址: 214028 江苏省*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 球面 柱面 密封 结构 螺纹 接头
【说明书】:

技术领域

本实用新型涉及石油油套管连接接头,尤其是一种带球面柱面密封结构的螺纹接头。 

背景技术

石油油管和套管是开采石油和天然气所必需的石油专用管材,几百根油套管通过螺纹接头连接起来,组成几千米长的管柱,油套管柱不但要承受由于自重而产生的拉伸载荷,而且也要承受很高的内外压力,接头部位是整个管柱的薄弱环节,很容易发生接头断裂和泄漏失效。 

目前,油套管采用的接头通常是API接头。API接头是一种标准接头,按照API(美国石油学会)标准加工和制造。其缺点是:1)依靠内、外螺纹之间的过盈配合起连接和密封作用。由于结构设计的原因,接头拧紧后,内外啮合螺纹之间存在间隙,造成密封性能差,尤其是气密封性能更差,这种接头不能用于天然气井的开采;2)应力集中比较严重,复合承载能力尤其是抗弯曲能力差。API螺纹既要承担密封功能,又要承担连接功能,螺纹拧紧后产生严重的应力集中,很容易发生失效。 

经对现有技术文献的检索发现,中国专利授权公告号为CN101696621B,授权公告日为2012年5月16日,发明专利名称为“气密封螺纹接头”,该专利对上述API螺纹进行了改进。该接头包括有接箍的母螺纹和管子端部的公螺纹,所述接箍的母螺纹与管子端部的公螺纹相互配合,其中:所述接箍两端的母螺纹结构对称设置,每一端的母螺纹由偏梯形罗纹构成,在偏梯形螺纹前方设有直角扭矩台肩,每一端的母螺纹通过退刀槽与所述直角扭矩台肩相连接;在所述接箍的母螺纹的第4~7牙螺纹的其中一牙的位置上设有能阻止高压气体泄漏的突起螺纹部分,从而起到密封作用。所述接箍的母螺纹分为连接螺纹和突起螺纹两部分,采用连接强度好的偏梯形螺纹结构。该发明的效果是通过封堵油管和套管的公螺纹和母螺纹在旋紧配合后齿顶和齿底存在的泄漏通道,起到了密封作用。提高了螺纹的连接效率。同时螺纹的高度比同规格API螺纹的高度要高,提高了螺纹的连接强度。 

与API接头相比,上述专利由于设计了连接螺纹和突起螺纹两部分,封堵了公螺纹和母螺纹在旋紧配合后齿顶和齿底存在的泄漏通道,因此可以起到密封作用。其不足之处是:1)突起螺纹不容易检测和加工。依靠突起的螺纹堵塞泄漏通道,突起螺纹的加工要求很严,在母螺纹的第4~7牙螺纹的其中一牙的位置上设置突起螺纹,现有检测工具难于检测。2)在啮合螺纹的局部存在严重的应力集中。突起螺纹与外螺纹配合出处,会存在应力集中,对接头的使用不利。 

中国专利申请号02257690.8公开了一种油、套管螺纹接头,改进了螺纹设计并设置了专门的金属/金属密封结构,在外螺纹前端设置一个圆柱密封面,内螺纹设置一个凸起的球面主密封面。该设计克服了API接头与CN 101696621 B的不足之处,具有良好的密封性能,并在长庆油田、大庆油田等获得了应用,成为国内比较知名的扣型WSP-1T。但在应用过程中,也发现了该扣型的一些不足之处:当采用夹持管体的浮动上扣方法时,接头很容易跟转。 

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足,提供了一种具有良好气密封性能、良好抗扭性能且不容发生跟转的油套管螺纹接头。适合于在水平井、大斜度井和高压天然气井等钻井条件下使用。本实用新型采用的技术方案是: 

一种带球面柱面密封结构的螺纹接头,包括接箍和管体,在接箍上左右对称地且由外而内依次设置有内螺纹、球面密封结构和反向扭矩台肩;相应地,在管体上依次设置有外螺纹、柱面密封结构和反向端面;接头拧紧后,球面密封结构与柱面密封结构发生径向过盈,作为主密封结构起主要密封作用,内螺纹与外螺纹过盈配合,起辅助密封作用,反向扭矩台肩与反向端面发生轴向过盈,起上扣定位作用,同时起辅助密封作用。

进一步地,球面密封结构通过引导圆弧与内螺纹相连,通过过渡圆柱孔与反向扭矩台肩相连。 

进一步地,球面密封结构球面半径R=15~20mm,引导圆弧的圆弧半径为25~30mm。 

进一步地,接箍的内径d1,管体的内径d2,其中d1=d2-0.2mm。 

进一步地,内螺纹和外螺纹均为偏梯形螺纹,锥度1:16,承载面角α=-3~3°,导向面角β=10°;内、外螺纹采用同样的螺距P,但内、外螺纹的齿高略有差异,内螺纹齿高h1,外螺纹齿高h2;依据外径OD不同规格设置不同的螺距P和齿高h1、h2,具体如下: 

60.3≤OD≤114.3mm时,P=3.175mm,h1=1.0mm,h2=0.9mm;

114.3<OD≤406.4mm时,P=5.08mm,h1=1.775mm,h2=1.575mm。

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