一种高温高压气井用气密封石油套管螺纹连接结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种高温高压气井用气密封石油套管螺纹连接结构。石油套管螺纹连接结构包括管体和接箍，起密封作用的金属密封面和台肩面在井台操作时易碰伤，从而降低了密封性。本实用新型接箍上设置凸出的通孔柱面，内螺纹与通孔柱面之间依次为内螺纹退刀柱面、内密封面、内圆柱面和内扭矩台肩；管体端部为外扭矩台肩，外螺纹与外扭矩台肩之间依次为外过渡圆柱面、外密封面和外圆柱面；内圆柱面和外圆柱面之间设置有配合间隙，内密封面和外密封面均为锥面密封面；接箍和管体上的各个连接段之间均设置有过渡圆弧或球面。本实用新型的密封面采用大角度锥面密封，过盈配合的接触压力不仅高而且分布合理，具有较好的密封性。
【专利说明】一种高温高压气井用气密封石油套管螺纹连接结构
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于石油天然气开采【技术领域】，具体涉及一种高温高压气井用气密封 石油套管螺纹连接结构。
【背景技术】
[0002] 石油套管是开采石油和天然气所必需的石油专用管材，每根石油套管通过螺纹接 头连接形成几千米长的套管柱，其主要作用为固定井壁形成油气通道，其连接螺纹为薄弱 环节。API标准螺纹连接形式的套管在复杂井况中容易发生断裂、滑脱、泄漏等形式的实效， 给油田带来巨大的损失。近几年，随着我国石油工业的发展，油、气钻井环境日益苛刻，特别 是深井、超深井、高压气井，对套管的使用性能提出了更高的要求，促使特殊螺纹接头套管 的用量及应用水平有了较大的提高。
[0003] 新出现的石油套管螺纹连接结构虽具有较好的密封性能，但设计了多级密封结 构，在加工环节需要对每级密封结构分别进行控制和检验，因此在工厂批量加工中存在加 工精度控制难，效率低，成品率低等缺点。在工厂批量加工过程中，对主密封和副密封的公 差分别控制在公差范围内的加工要求很难，经常会出现主密封面合格而副密封面不合格， 但是二者又是同一把刀具一次连续加工，主密封面尺寸的变化会引起副密封面尺寸变化， 因此产品的合格率很低。
【发明内容】
[0004] 本实用新型的目的是提供一种高温高压气井用气密封石油套管螺纹连接结构，解 决现有技术在高温高压和复合载荷条件下密封可靠性不高、气密封能力下降、甚至发生失 效事故的问题，同时具有批量生产加工效率高等特点。
[0005] 本实用新型所采用的技术方案是：
[0006] -种高温高压气井用气密封石油套管螺纹连接结构，包括带有外螺纹的管体和带 有内螺纹的接箍，两节管体端部相对，端部外套接箍旋紧固结，管体端部与接箍端部过盈 对顶配合，其特征在于 ：
[0007] 接箍两端设置内螺纹，两端内螺纹之间设置凸出的通孔柱面，内螺纹与通孔柱面 之间依次为内螺纹退刀柱面、内密封面、内圆柱面和内扭矩台肩；
[0008] 管体端部内侧为与接箍通孔柱面齐平的内镗孔柱面，端部设置有与内扭矩台肩相 对的外扭矩台肩，管体外螺纹与外扭矩台肩之间依次为外过渡圆柱面、外密封面和外圆柱 面。
[0009] 内圆柱面和外圆柱面之间设置有配合间隙。
[0010] 内密封面和外密封面均为锥面密封面。
[0011] 在接箍和管体上的各个连接段之间均设置有过渡圆弧或球面。
[0012] 内扭矩台肩和外扭矩台肩采用-15°?-20°台肩；
[0013] 内密封面和外密封面采用15°?30°锥面。
[0014] 内螺纹和外螺纹采用倒钩型偏梯型螺纹，每25. 4mm长度上5牙螺纹，螺纹锥度为 1:16,螺纹牙顶平行于管子母线，螺纹的承载面角选择-5°?-3°，导向面角选择从10° 到15° ,螺纹过盈量选择0. 15mm?0. 25mm。
[0015] 本实用新型具有以下优点：
[0016] 1)本结构设计了一个柱面螺纹脂减压槽，由接箍上锥面密封面内侧的内圆柱段与 管体锥面密封面内侧的外圆柱段间隙配合组成。在管体和接箍的螺纹在上扣旋转拧接的过 程中，锥面密封面首先接触，上扣拧接前涂抹在外螺纹及密封面、内螺纹及密封面的螺纹脂 由于上扣中过盈配合的挤压，螺纹脂从台肩面挤出。管体和接箍的螺纹继续旋转拧接直至 台肩面过盈接触时，由于锥面密封面的过盈先接触配合，台肩面的过盈配合后接触，锥面密 封面和台肩面二者过盈配合后会形成一个封闭的腔体能够有利存储吸收在上扣过程中挤 压形成的高压螺纹脂，由于高压螺纹脂对内、外螺纹密封面有分离作用从而降低了密封面 接触压力，因此螺纹脂减压槽能够降低了上扣过程中螺纹脂对密封面接触压力的减小，提 高了密封面的接触压力，有效提高了接头的密封性能。
[0017] 2)将锥面密封面设置在扭矩台肩和圆柱面之后，即将密封面与扭矩台肩面分离 后移，有效减少了台肩变形及碰伤对主密封面的影响，能够起到自我保护作用。套管运送到 钻井平台过程中，套管外螺纹的台肩面和密封面很容易碰伤，该结构将密封面后移大大减 小了密封面被碰伤的风险，能够起到有效的自我保护作用。
[0018] 3)采用大角度锥面金属密封，管体和接箍的密封面配合采用大角度锥面密封面不 仅应力分布更为合理，而且接触压力高因而具有较好密封性能。
[0019] 4)具有较好的抗粘扣性能，上扣过程中管子、接箍的密封面过盈配合相对旋转的 距离较小，密封面接触后只需要再拧接0.25圈即可上扣到位停止拧接，管子、接箍的密封 面过盈旋合拧紧的距离较小，大大提高了接头的抗粘扣能力。
[0020] 5)该结构具有加工、检测简单，生产效率高，降低了生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1是本实用新型结构图。
[0022] 图2是接箍结构图。
[0023] 图3是管体结构图。
[0024] 图中，1-管体，2-接箍，3-内螺纹，4-内螺纹退刀柱面，5-内密封面，6-内圆柱面， 7-内扭矩台肩，8-通孔柱面，9-外螺纹，10-外过渡圆柱面，11-外密封面，12-外圆柱面， 13-外扭矩台肩，14-内键孔柱面。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合【具体实施方式】对本实用新型进行详细的说明。
[0026] 本实用新型所涉及的一种高温高压气井用气密封石油套管螺纹连接结构，包括带 有外螺纹9的管体1和带有内螺纹3的接箍2,两节管体1端部相对，端部外套接箍2旋紧 固结，管体1端部与接箍2端部过盈对顶配合。
[0027] 接箍2两端设置内螺纹3,两端内螺纹3之间设置凸出的通孔柱面8,内螺纹3与 通孔柱面8之间依次为内螺纹退刀柱面4、内密封面5、内圆柱面6和内扭矩台肩7。
[0028] 管体1端部内侧为与接箍2通孔柱面8齐平的内镗孔柱面14,端部设置有与内扭 矩台肩7相对的外扭矩台肩13,管体1外螺纹9与外扭矩台肩13之间依次为外过渡圆柱面 10、外密封面11和外圆柱面12。
[0029] 接箍2的内螺纹3、内螺纹退刀柱面4、内密封面5、内圆柱面6和内扭矩台肩7与 管体1的外螺纹9、外过渡圆柱面10、外密封面11、外圆柱面12和外扭矩台肩13相互配合， 其中内螺纹退刀柱面4与外过渡圆柱面10,内圆柱面6与外圆柱面12为间隙配合，其余为 过盈配合。内、外密封面和内、外扭矩台肩分别不相邻,密封面和扭矩台肩面之间为圆柱面。 内圆柱面6和外圆柱面12之间设置有配合间隙，构成了螺纹脂减压槽。内密封面5和外密 封面11均为锥面密封面。在接箍2和管体1上的各个连接段之间均设置有过渡圆弧或球 面。内扭矩台肩7和外扭矩台肩13采用-15°?-20°台肩；内密封面5和外密封面11采 用15°?30°锥面。
[0030] 使用中，管体1和接箍2以一定的扭矩旋合后，内扭矩台肩7和外扭矩台肩13配合 形成上扣扭矩台肩，具有辅助密封功能；同时，外密封面11和内密封面5形成锥面的金属过 盈配合，形成两重金属密封结构设计，即锥面/锥面金属主密封、主台肩密封的双级密封。
[0031] 本实用新型同时采用两级密封设计，具体加工时，内、外扭矩台肩均采 用-15°?-20°台肩形式，内、外密封面角度均采用15°?30°锥面，并且将密封面设置 在台肩面和圆柱面之后能够有利自我保护不易碰伤，密封面采用大角度的锥面密封面不 仅密封性好而且具有较好的抗粘扣性能。螺纹部分采用了倒钩型偏梯型螺纹，每25. 4mm 长度上5牙螺纹，螺纹锥度为1 :16,螺纹牙顶平行于管子母线，螺纹的承载面角选择-5° 到-3°，导向面角选择从10°到15°，螺纹接头的连接效率达到100%;螺纹过盈量选择 0. 15mm?0. 25mm，比API偏梯型螺纹过盈量减少了 75%，显著减小了螺纹接头的环向应力， 降低了螺纹接头的应力腐蚀敏感性。
[0032] 按照本实用新型设计方案，提供一种具体规格的产品如下：
[0033] 产品规格为0177. 8ramX9. 19mm，钢级为N80。管体1及接箍2的几何尺寸及材 料性能按照API5CT标准要求。每25. 4mm长度上5牙螺纹，螺纹锥度为1 :16,管体1的螺 纹牙型高度为I. 575mm，接箍2的螺纹牙型高度为为I. 88mm，螺纹牙顶平行于管子母线，螺 纹的承载面角度-3°，导向面角度10° ;扭矩台肩角度为-15°，密封面锥面角度为20° ; 管体1的圆柱面12和接箍2对应圆柱面6构成螺纹脂减压槽，减压槽的间隙为I. 50mm。
[0034] 本实用新型的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本实用新 型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所 涵盖。
【权利要求】
1. 一种高温高压气井用气密封石油套管螺纹连接结构，包括带有外螺纹（9)的管体 (1)和带有内螺纹（3)的接箍（2)，两节管体（1)端部相对，端部外套接箍（2)旋紧固结，管 体（1)端部与接箍（2)端部过盈对顶配合，其特征在于： 接箍（2)两端设置内螺纹（3)，两端内螺纹（3)之间设置凸出的通孔柱面（8)，内螺纹 (3)与通孔柱面（8)之间依次为内螺纹退刀柱面（4)、内密封面（5)、内圆柱面（6)和内扭矩 台肩（7); 管体（1)端部内侧为与接箍（2)通孔柱面（8)齐平的内镗孔柱面（14)，端部设置有与内 扭矩台肩（7)相对的外扭矩台肩（13)，管体（1)外螺纹（9)与外扭矩台肩（13)之间依次为 外过渡圆柱面（10)、外密封面（11)和外圆柱面（12)。
2. 根据权利要求1所述的一种高温高压气井用气密封石油套管螺纹连接结构，其特征 在于： 内圆柱面（6)和外圆柱面（12)之间设置有配合间隙。
3. 根据权利要求2所述的一种高温高压气井用气密封石油套管螺纹连接结构，其特征 在于： 内密封面（5)和外密封面（11)均为锥面密封面。
4. 根据权利要求3所述的一种高温高压气井用气密封石油套管螺纹连接结构，其特征 在于： 在接箍（2)和管体（1)上的各个连接段之间均设置有过渡圆弧或球面。
5. 根据权利要求4所述的一种高温高压气井用气密封石油套管螺纹连接结构，其特征 在于： 内扭矩台肩（7)和外扭矩台肩（13)采用-15°?-20°台肩； 内密封面（5)和外密封面（11)采用15°?30°锥面。
6. 根据权利要求5所述的一种高温高压气井用气密封石油套管螺纹连接结构，其特征 在于： 内螺纹（3)和外螺纹（9)采用倒钩型偏梯型螺纹，每25. 4 mm长度上5牙螺纹，螺纹锥 度为1:16,螺纹牙顶平行于管子母线，螺纹的承载面角选择-5°?-3°，导向面角选择从 10°到15°，螺纹过盈量选择0. 15mm?0. 25 mm。
【文档编号】E21B17/08GK204139992SQ201420393126
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】王双来, 沈忠华, 矫健, 杨忠文, 王长顺, 韩勇, 张世伟, 武磊, 毕宗岳, 郑云龙 申请人:胜利油田孚瑞特石油装备有限公司, 天津德华石油装备制造有限公司, 宝鸡石油钢管有限责任公司, 鞍钢股份有限公司, 西安摩尔石油工程实验室有限公司