[发明专利]一种钢管接头的环式密封结构

说明书

一种钢管接头的环式密封结构，包括内螺纹接头、外螺纹接头和金属密封环；内螺纹接头和外螺纹接头螺纹配合连接后，外螺纹接头的端部与内螺纹接头对应的位置为密封部；金属密封环套设在密封部；本发明将外螺纹接头端部设计成台肩形式，将金属密封环套装在外螺纹接头端部，密封环内外接触面构成主密封面。优点在于外螺纹接头端部为台肩状，使外螺纹接头主密封面与内螺纹接头主密封面之间空间较大，可以安装大厚度金属密封环，增加了密封环厚度方向弹性压缩变形量，增加了密封面弹性过盈量，同时提高了钢管接头密封性。

技术领域

本发明属于石油天然气钻井及开采技术领域，特别涉及一种钢管接头的环式密封结构。

背景技术

一般而言，输送流体的钢管依靠螺纹接头连接，例如开采天然气的油井管，其接头一般由螺纹和密封两部分组成，螺纹用于连接钢管，密封部分用于密封气体或液体，其密封结构由金属对金属径向过盈接触密封部分和扭矩台肩组成，密封部分由各种形状密封面配合组成，如锥面对锥面，锥面对柱面、锥面对球面、柱面对球面等等，依靠密封面钢铁材料过盈接触配合，产生足够接触压力，起到密封作用。特殊螺纹油井管接头结构制造难度大，精度要求高。如果制造偏差过大，或发生损伤，密封面就不能很好接触。在油管、套管等油井管的下井过程中，可能会遇阻，需要多次上提下放，甚至旋转，螺纹接头可能会松动，导致油井管的接头发生泄漏。在油气生产过程中，高压气流导致油管柱发生振动，经过长期振动后，螺纹可能会发生松动，无法保证密封面金属正常接触，压应力下降甚至消失，导致螺纹接头泄漏。针对上述问题，现有技术有一种是在密封位置安装超弹性金属密封圈，以增大密封面弹性应变，提高密封性。但由于钢管外螺纹接头端部外圆与接箍内圆之间的空间有限，所以密封圈厚度不大，密封圈弹性变形量有限。如果为了增大密封圈厚度，就要减少外螺纹接头端部直径，那么外螺纹接头端面承受压力的能力即压缩强度就会下降，影响复合载荷下钢管接头的密封性。另一种端部金属密封环式油井管螺纹接头，在接箍扭矩台肩与外螺纹端部之间安装超弹性金属密封圈，密封效果很好，但是由于密封圈暴露在流体中，超弹性金属与钢铁之间可能存在电位差，发生电偶腐蚀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢管接头的环式密封结构，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种钢管接头的环式密封结构，包括内螺纹接头、外螺纹接头和金属密封环；内螺纹接头和外螺纹接头螺纹配合连接，连接后，外螺纹接头的端部与内螺纹接头对应的位置为密封部；金属密封环套设在外螺纹接头端部密封面与内螺纹接头密封面之间；

密封部包括内螺纹接头密封部和外螺纹接头密封部；内螺纹接头密封部包括第一扭矩台肩、第一主密封面和第一台肩副密封面；内螺纹接头靠近端部三分之二长度范围设置有螺纹，远离端部的内螺纹最深处末端内圆表面为第一主密封面；内螺纹接头最深处末端设置与内螺纹接头内径圆面成负角度的第一扭矩台肩；第一主密封面与第一扭矩台肩之间设置垂直于内螺纹接头中心轴线的第一台肩副密封面。

外螺纹接头密封部包括第二扭矩台肩、第二主密封面和第二台肩副密封面；外螺纹接头远离端部处设置有螺纹，该螺纹与内螺纹接头的螺纹相匹配；外螺纹接头端部外圆表面为第二主密封面；第二主密封面与螺纹之间设置第二台肩副密封面，并且第二台肩副密封面垂直于螺纹接头中心轴线；第二主密封面和第二台肩副密封面在外螺纹接头端部形成台肩状；外螺纹接头端面为第二扭矩台肩，并且与外螺纹接头内径圆表面成一定角度；内螺纹接头和外螺纹接头螺纹连接时，金属密封环设置在第二主密封面和第一主密封面之间。

进一步的，金属密封环为圆柱状或圆锥状。

进一步的，第二主密封面为台阶圆柱状、圆锥状或圆柱状。

进一步的，第一主密封面为台阶圆柱状、圆锥状或圆柱状。

进一步的，内螺纹接头的第一主密封面内径小于外螺纹接头第二主密封面外径与二倍金属密封环壁厚之和。外螺纹接头第二主密封面外径大于密封环内径。