专利名称：一种直连型钢管螺纹接头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种钢管螺纹接头，特别涉及油井管螺纹接头。
背景技术：
油井管优质螺纹接头，是把轧制后的钢管，经过热处理、探伤、机加工等主要生产工序加工后，获得的产品，是一种加工精度要求很高的机械产品，应用于石油天然气钻采工程。
特殊优质螺纹接头，是伴随着油气井钻采条件的不断恶化，而发展起来的。国外生产企业研究开发较早，都有自己的专利产品。其设计思想概括起来主要有以下几方面①增加了金属对金属密封结构设计，满足了密封完整性的要求；②采用偏梯形螺纹和改进的偏梯形螺纹结构，实现了结构完整性的要求；③设计了扭矩台肩结构，有利于控制上扣位置，达到了上扣完整性的要求，同时还起到辅助密封的作用。
美国专利U.S.Patent 6045165公开了一种油井管用螺纹接头。该螺纹接头由内螺纹件和外螺纹件两部分组成。外螺纹管端部和螺纹根部各有一金属密封结构，与内螺纹件螺纹根部和螺纹管端部的金属密封结构，通过过盈配合形成金属主密封。外螺纹管端部和内螺纹管端部金属密封结构是圆锥曲面密封面或大曲率圆弧曲面密封面，内螺纹根部和螺纹管端部金属密封结构是圆锥曲面密封面。同时，外螺纹管端面和内螺纹根部逆向台肩与内螺纹根部和内螺纹管端面逆向台肩对接形成控制扭矩的扭矩台肩，且有辅助密封的作用。扭矩台肩接触力的分布是靠相互配合面台肩角的变化来调整的。
该技术存在的问题在于1.由于主密封采用圆锥曲面密封面或大曲率圆弧曲面密封面与圆锥曲面密封面相配合构成，在受到轴向拉力时，主密封面接触压力降低，影响密封性能。2.外螺纹采用圆锥曲面密封面或大曲率圆弧曲面密封面，加工难度大。内螺纹采用圆锥曲率密封面，不仅加工难度大，而且尺寸测量很困难。
在已有技术中，分为两种结构形式一种是锥面对锥面密封形式；另一种是球面对球面密封形式。对于锥面对锥面密封形式，抗粘扣性能好，但拉伸载荷大时，影响结构的密封性能，而且测量密封面尺寸较困难。对于球面对球面密封形式，精度要求高，加工难度较大。本发明采用柱面与柱面、柱面与球面的组合密封，加工非常容易，而且测量密封面尺寸也很方便。
对于扭矩台肩，在已有技术中，分为三种结构形式圆弧结构形式、直角结构形式和逆向台肩结构形式。圆弧结构形式，加工精度要求高，对于接头端部内圆弧，由于测量困难，加工很难控制。直角结构形式，没有自密封性能。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种密封性能好、加工容易、测量密封面尺寸方便，具有高的结构完整性和上扣完整性的直连型钢管螺纹接头。
为达到上述目的，本实用新型提供的直连型钢管螺纹接头，包括外螺纹件、内螺纹件，分别有连接螺纹、金属密封结构和扭矩台肩；所述的金属密封结构由若干密封面配合形成金属主密封，所述的金属密封结构的密封面配合为柱面与柱面、柱面与球面配合密封。
进一步，所述的外螺纹件金属密封结构的密封面从扭矩台肩由球面过渡到柱面，所述的内螺纹件金属密封结构的密封面从扭矩台肩由柱面过渡到球面。
所述的金属主密封的柱面过盈重叠长度L＝0.15～0.35mm。
所述的扭矩台肩为逆向台肩结构形式，由外螺纹件端面和外螺纹件根部逆向扭矩台肩分别与内螺纹件根部和内螺纹件端面构成，分别为球面与锥面配合密封；该结构有利于逆向台肩受力均匀及有自密封性能；而且，球面都在管体的顶端外部，易加工和测量；并且，该结构除了控制扭矩，还能起到很好地辅助密封作用。
所述的外螺纹件端面为球面密封面，所述的内螺纹件端面为球面密封面。
所述的连接螺纹为偏梯形螺纹，承载侧角α和入扣侧角β的取值范围为α＝3°～-15°，β＝10°～45°，该结构主要从接头的拉伸强度和环向应力的要求以及加工的性能和效率方面考虑，承载侧角α和入扣侧角β包括了标准API螺纹结构；在满足使用要求的条件下，采用API标准螺纹，能使加工和测量具有通用性。
所述的金属主密封处的外螺纹件主密封的柱面直径D1大于内螺纹件主密封的柱面直径D2，产生过盈配合；所述的金属主密封直径方向过盈量ΔD1＝D1-D2＝0.11mm～0.28mm；所述的金属密封结构的外密封端直径方向间隙量ΔD2＝D4-D3＝0.4mm～1.2mm。
所述的外螺纹件外密封逆向扭矩台肩角度θ1＝内螺纹件内密封逆向扭矩台肩角度θ2；θ1＝θ2＝15°～20°。
所述的外螺纹件主密封球面半径R1＞15mm，内螺纹件主密封球面半径R2＞25mm，外螺纹件端面台肩球面半径R3＞100mm，内螺纹件端面台肩球面半径R4＞120mm。
本实用新型的优点是，主密封结构采用柱面与柱面、柱面与球面的组合密封，与其它结构相比，加工、测量容易；扭矩台肩结构采用了有自密封性能的逆向台肩结构形式，容易加工，通过选择相配合逆向台肩单边的圆弧半径，使逆向台肩受力均匀，提高了辅助密封性能；连接螺纹的选用，包括了标准API结构形式，具有广泛的实用性；接头进行表面镀层处理，有很好的耐粘扣性能；特别需要指出的是，本实用新型在外螺纹件根部和内螺纹件端部没有设计径向密封面，这样，可以缩短直连型螺纹接头的长度，减小加工量和测量时间。
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型内密封结构示意图。
图3为本实用新型内密封结构尺寸示意图。
图4为本实用新型外密封结构示意图。
图5为本实用新型外密封结构尺寸示意图。
图6为本实用新型接头螺纹结构示意图。
具体实施方式
从图1、图2可知，本实用新型的直连型钢管螺纹接头，包括外螺纹件10、内螺纹件20，分别有连接螺纹、金属密封结构和扭矩台肩；所述的金属密封结构由若干密封面11、12、13、21、22、23配合形成金属主密封，所述的外螺纹件金属密封结构的密封面从扭矩台肩由球面过渡到柱面，所述的内螺纹件金属密封结构的密封面从扭矩台肩由柱面过渡到球面；其中，外螺纹件金属密封结构的密封面11与内螺纹件金属密封结构的密封面21配合为柱面与柱面配合密封，外螺纹件金属密封结构的密封面12与内螺纹件金属密封结构的密封面22配合为柱面与球面配合密封，密封面13、23为球面与柱面。
参见图3、图4、图5，所述的扭矩台肩14、15、24、25为逆向台肩结构形式，由外螺纹件端面14和外螺纹件根部15分别与内螺纹件根部24和内螺纹件端面25构成，分别为球面与锥面配合密封；该外螺纹件端面14为球面密封面，内螺纹件端面25为球面密封面。
参见图6，所述的连接螺纹为偏梯形螺纹，16、26为连接螺纹齿，承载侧角α和入扣侧角β的取值范围为α＝3°～-15°，β＝10°～45°，α一般取值为3°、2°、0°、-3°、-9°-15°；β一般取值为10°、15°、20°、45° 。
参见图3，所述的金属主密封处的外螺纹件主密封的柱面直径D1大于内螺纹件主密封的柱面直径D2，产生过盈配合。
所述的金属主密封直径方向过盈量ΔD1＝D1-D2＝0.11mm～0.28mm，一般取值如0.1 4mm、0.2mm、0.25mm。
所述的外密封端直径方向间隙量ΔD2＝D4-D3＝0.4mm～1.2mm，一般取值如0.4mm、0.5mm、1.0mm、1.2mm，见图5。
所述的外螺纹件外密封逆向台肩角度θ1＝内螺纹件外密封逆向台肩角度θ2；θ1＝θ2＝15°。
所述的外螺纹件主密封球面半径R1＞15mm，内螺纹件主密封球面半径R2＞25mm，外螺纹件端面台肩球面半径R3＞100mm，内螺纹件端面台肩球面半径R4＞120mm。
所述的金属主密封处的外螺纹件10主密封直径D1大于内螺纹件20主密封直径D2，产生过盈配合；同时，柱面过盈重叠长度L控制在理论计算和试验研究优化范围长度L＝0.15～0.35mm；一般取值如0.2mm、0.25mm。
柱面与球面过盈重叠长度的确定，通过改变外螺纹件10主密封球面半径R1和内螺纹件20主密封球面半径R2的大小来实现。
本实用新型的直连型钢管螺纹接头，对于φ139.7mm×9.17mm，P110规格套管，气压达到82MPa而不泄漏；接头螺纹拉伸强度超过管体的拉伸强度；上扣完整性次数大于API的要求。
本实用新型的直连型钢管螺纹接头，适用于深井、超深井和高压气井的油气田开采。目前，西部油气田的开发大部分属于地质条件苛刻超深井和高压气井，再加上其它原有油气田开采条件也在不断恶化，深井、超深井和高压气井的油气田在不断增多，因此，特殊螺纹接头油井管的用量今后将会逐年增加。因此，本实用新型具有广泛地应用前景。
权利要求1.一种直连型钢管螺纹接头，包括外螺纹件、内螺纹件，分别有连接螺纹、金属密封结构和扭矩台肩；所述的金属密封结构由若干密封面配合形成金属主密封，其特征在于，所述的金属密封结构的密封面配合为柱面与柱面、柱面与球面配合密封。
2.如权利要求1所述的直连型钢管螺纹接头，其特征在于，所述的外螺纹件金属密封结构的密封面从扭矩台肩由球面过渡到柱面，所述的内螺纹件金属密封结构的密封面从扭矩台肩由柱面过渡到球面。
3.如权利要求1或2所述的直连型钢管螺纹接头，其特征在于，所述的金属主密封的柱面过盈重叠长度L＝0.15-0.35mm。
4.如权利要求1所述的直连型钢管螺纹接头，其特征在于，所述的扭矩台肩为逆向台肩结构形式，由外螺纹件端面和外螺纹件根部逆向扭矩台肩分别与内螺纹件根部和内螺纹件端面构成，分别为球面与锥面配合密封。
5.如权利要求4所述的直连型钢管螺纹接头，其特征在于，所述的外螺纹件端面为球面密封面。
6.如权利要求4所述的直连型钢管螺纹接头，其特征在于，所述的内螺纹件端面为球面密封面。
7.如权利要求1所述的直连型钢管螺纹接头，其特征在于，所述的连接螺纹为偏梯形螺纹，承载侧角α和入扣侧角β的取值范围为α＝3°～-15°，β＝10°～45°。
8.如权利要求1所述的直连型钢管螺纹接头，其特征在于，所述的金属主密封处的外螺纹件主密封的柱面直径D1大于内螺纹件主密封的柱面直径D2，产生过盈配合。
9.如权利要求8所述的直连型钢管螺纹接头，其特征在于，所述的金属主密封直径方向过盈量ΔD1＝D1-D2＝0.11mm～0.28mm。
10.如权利要求8所述的直连型钢管螺纹接头，其特征在于，所述的外密封端直径方向间隙量ΔD2＝D4-D3＝0.4mm～1.2mm。
11.如权利要求1所述的直连型钢管螺纹接头，其特征在于，所述的外螺纹件内密封扭矩台肩角度θ1＝内螺纹件内密封扭矩台肩角度θ2。
12. 如权利要求11所述的直连型钢管螺纹接头，其特征在于，所述的θ1＝θ2＝15°～20°。
13.如权利要求1所述的直连型钢管螺纹接头，其特征在于，所述的外螺纹件主密封球面半径R1＞15mm，内螺纹件主密封球面半径R2＞25mm，外螺纹件端面台肩球面半径R3＞100mm，内螺纹件端面台肩球面半径R4＞120mm。
专利摘要一种直连型钢管螺纹接头，包括外螺纹件、内螺纹件，分别有连接螺纹、金属密封结构和扭矩台肩，金属密封结构由若干密封面配合形成金属主密封，该金属密封结构的密封面配合为柱面与柱面、柱面与球面配合密封；扭矩台肩为逆向台肩，由外螺纹件端面和外螺纹件根部逆向台肩分别与内螺纹件根部和内螺纹件端面构成，分别为球面与锥面配合密封；连接螺纹为偏梯形螺纹。本实用新型的主密封采用柱面与柱面、柱面与球面的组合密封，使加工、测量容易；扭矩台肩采用有自密封性能的逆向台肩，受力均匀，提高了辅助密封性能；特别是，本实用新型在外螺纹件根部和内螺纹件端部没有设计径向密封面，这样，可以缩短直连型螺纹接头的长度，减小加工量和测量时间。
文档编号E21B17/02GK2557683SQ0221784
公开日2003年6月25日 申请日期2002年5月31日 优先权日2002年5月31日
发明者王琍, 刘甫清 申请人:宝山钢铁股份有限公司