[实用新型]HTHP油气井用特殊螺纹接头

说明书

技术领域

本实用新型属于石油开采钻井设备技术领域，特别涉及钻井设备的套管特殊扣的气密封连接结构。

背景技术

HTHP油气井也称为高温高压井，根据国际HTHP合作促进协会的规定，油气井的地层温度达到300°F（149℃），或地层压力达到15000psi（103.4Mpa），或井口压力达到10000psi（68.9Mpa）以上称为高温高压井。若油气井的地层温度达到400°F（204℃），或地层压力达到20000psi（137.8Mpa），或井口压力达到15000psi（103.4Mpa），称为超高温高压井。

我国陆上和海上油气田普遍存在着异常高压和高温高压的问题，而且分布范围广、变化范围大。迄今发现的高温高压井其温度和压力绝对值都非常高，压力梯度最高可达到或超过理论推算的上覆地层压力梯度（即2.31g/cm2当量钻井液密度）；地温梯度达到4℃/100米以上。异常高压不仅分布在不同区域和不同地区，而且广泛分布在不同地层。

HTHP油气井恶劣的井下工况使套管服役环境异常苛刻，这对套管的密封性能提出了更高的要求。API常规圆螺纹和偏梯形螺纹的密封主要借助于API螺纹脂来实现密封，其密封形式都是在螺纹上紧至基面螺纹产生过盈配合，螺纹的底角和顶角之间的空隙靠螺纹脂填充。API螺纹的这种密封方式仅使用在100℃以下的油井中，对于深井、超深井和气井不能满足密封的要求，尤其是高温高压气井，由于气体的穿透性大大好于液体的穿透性，很容易穿透公母螺纹间隙中的螺纹脂；另一方面高温也会降低螺纹脂的粘稠度，使得气体更容易穿过，引起密封失效；即使井底温度在常规的范围内，气泡在密封脂中的蠕动，也能突破螺纹脂的密封。因此，常规API螺纹无法达到高温高压油气井的密封要求。

发明内容

为解决现有技术的上述缺陷，本实用新型提出了一种高效密封的HTHP油气井用特殊螺纹接头。

本实用新型的技术方案为：包括接箍以及管体，所述接箍内由外向里依次设有内螺纹以及内锥形密封面，所述管体端部由前至后依次设有外锥形密封面和外螺纹，且所述内螺纹与外螺纹配合构成螺纹连接，所述内锥形密封面与外锥形密封面构成锥面/锥面密封结构；所述螺纹接头还包括稳定结构，所述稳定结构包括接箍在扭矩台肩和锥形内密封面之间依次设有的第二锥形内引导面、第一锥形内引导面以及管体在扭矩台肩和外锥形密封面之间依次设有的锥形扩展边沿、外锥形面，所述第二锥形内引导面、第一锥形内引导面为两段锥度不同的锥面，二者构成双锥度的引导面，且当所述管体伸入接箍中，所述锥形扩展边沿能够通过所述第一锥形内引导面而与所述第二锥形内引导面实现配合；所述管体的外锥形面、锥形扩展边沿和扭矩台肩上的表面加工有连续螺旋形的导流槽。

上述方案进一步优选为：

所述内、外螺纹为双头螺纹配合连接，螺纹锥度根据套管规格不同可选择为1:18或1:12；承载面角度为-3°，导向面角度为15°。采用双头螺纹可以实现螺纹的快速上扣；螺纹锥度优选为1:18或1:12，承载面角度为-3°，可以提高螺纹的连接强度，尤其是提高螺纹的符合承载能力；导向面角度优选为15°，方便对扣，研究表明导向面角度越大越不容易错扣。本发明专利通过优化导向面圆角和承载面的圆角，提高螺纹的抗粘扣能力和连接强度。通过有限元分析，优化导向面和承载面圆角的螺纹，应力集中的现象得到明显改善，并且轴向应力主要集中在齿侧靠下的部分，明显降低了应力的最大值。

所述扭矩台肩为-15°的反向扭矩台肩。扭矩台肩对主密封有保护作用，可保证主密封能最大限度的发挥作用而不损坏。扭矩台肩还可以直接影响主密封面上的接触压力分布，从而影响接头的密封性能。接头上扣后，内外螺纹的扭矩台肩发生接触，产生较大的接触压力，使扭矩台肩本身就具有一定的辅助密封作用。经过试验证明：直角台肩上的接触压力随轴向载荷的增加而迅速降低，直至为零，而-15°扭矩台肩在接头受轴向拉伸载荷后，接触压力的下降明显低于直角台肩，说明在拉伸载荷作用下，逆向台肩的密封能力要优于直角台肩。

所述接箍的螺纹牙型高度略大于管体的螺纹牙型高度，上扣后螺纹过盈量为0.13mm～0.27mm。本发明专利中接箍螺纹牙型高度比管体螺纹牙型高度略大，通过优化螺纹中径，控制螺纹上紧的过盈量，提高螺纹的上扣完整性，同时螺纹过盈量选择API偏梯形螺纹过盈量的1/3～2/3，从而使密封面接触压力的大小、接头应力分布及密封的可靠性均达到最佳。