一种小接箍的外密封结构的制作方法

本发明属于石油套管接头加工制造，尤其涉及了一种小接箍的外密封结构。

背景技术：

1、在油气开采的井身设计中，为了兼顾套管的足够连接性能与环空间隙，诞生了一种介于直连型与接箍型之间的小接箍型连接形式，该接箍外径小于该规格的api接箍外径而大于套管外径。在加工中，公螺纹的尾扣部分通常设计为非自然退刀的台阶状结构，该台阶与接箍的部分端面进行配合，使接箍的部分端面沉浸在管体之下，形成小接箍结构。

2、小接箍连接形式在一定程度上降低了管体的连接性能，接头性能为管体连接性能的70～90％，按照管串性能取决于整个管串中最薄弱点的原则，通常将接头的公母螺纹的拉伸效率按照等强度设计，即按照公母端等同危险截面积设计，该危险截面积与管体截面积之比即为接头的拉伸效率。

3、与常规接箍结构类似，小接箍结构主要也是由螺纹及密封组成，专利为200820144760.x提供了一种小间隙接箍套管螺纹的连接结构，该申请文件中将密封设计在接箍内部，在拧接时与管端的密封结构形成过盈配合的金属密封形式，一定程度上能够防止接箍内部的压力介质向外泄漏；由于公端螺纹尾部退刀区为非全顶螺纹，加之接箍端部也没有设计密封结构，外部压力介质很容易进入螺纹内部，降低了接头的密封性能，使得整个接头的抗外压泄漏能力不足。

4、专利号为20172151913.3提供了一种双密封面特殊螺纹接头，该接头具有公外密封面与母外密封面，由管体和接箍过盈接触形成；理论分析该接头具有对内外压力介质的双重密封能力。根据螺纹的加工退刀形式判断其也属于小间隙接箍的连接方式，接箍端部厚度小于正常的api接箍，在此设计的外密封面存在刚度不足的缺陷，在实际应用时，尤其是在拉伸载荷的作用下，接箍端部容易出现向外的径向变形，使接头的外密封性能大大降低，甚至出现泄漏。

5、本发明提供了一种小接箍的外密封结构，特别的是，该外密封结构由环状体与外密封面构成，环状体增强了外密封结构的刚度，提高了小接箍在拉伸、压缩、内外压、以及复合载荷下的抗泄漏能力，大大减小了小接箍在拉伸状态下外密封面的径向变形，提高了小接箍的密封稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种小接箍的外密封结构，特别是在拉伸载荷作用下，该环状体能够限制外密封面的径向变形，能够大大提升小接箍的密封能力，使小接箍的密封性能保持稳定。

2、本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

3、一种小接箍的外密封结构，所述小接箍的内螺纹向外方向设有抗泄漏的外密封面，所述小接箍的外端均形成环状体，所述环状体与所述外密封面连接；

4、所述环状体的长度是通过有限元分析设计获得。

5、进一步的，所述环状体的长度通过有限元分析获得的方法为：通过有限元软件，对环状体的长度进行分析，在同一设计条件下，小接箍外密封指数随着环状体长度的增加而增加，当环状体长度达到一定值后对小接箍外密封指数的影响趋于缓和，此时的环状体长度值即为设计的环状体长度最佳值。

6、进一步的，环状体位于小接箍端部，环状体对应处的管体外径为d1＝d*(95％～99％)；d为管体名义外径。

7、进一步的，所述小接箍的内螺纹向内方向的端部设有内密封面，所述小接箍通过内密封面与管体密封接触。

8、进一步的，所述外密封面与管体的密封形式为锥-锥、弧-锥或弧-弧密封结构，管体与小接箍的外密封面是过盈接触，其密封径向过盈量m＝dp-db＝(1.0～1.5)*n；dp为管体外密封设计值；db为小接箍外密封设计值；dp、db分别为距台肩尖点同一长度lsh并在管体和小接箍外密封面中部位置的直径值；n为内密封过盈量。

9、进一步的，当所述外密封面与管体的密封形式为锥-锥时，环状体的内径d2＝d1-s1sinα-m+s2sinα+e，环状体的厚度ts＝(w-d2)/2；w为小接箍外径；e为间隙调整量，取值范围0.5～2.5mm；s1为管体外密封面长度；s2为小接箍外密封面长度；α为外密封面角度。

10、按照api 5ct标准要求，管体外径d存在一定的公差，4.5in规格以下为±0.79mm，4.5in规格及以上为(-0.5～+1.0)％d；在装配时，为了消除环状体与管体可能存在的干涉，对管体上与环状体配合的区域进行倒圆加工，加工直径为：

11、d1＝d*(95～99)％

12、在设计时，环状体内径d2与管体对应处的倒圆直径d1与存在一定的防干涉间隙，以外密封为锥-锥密封形式为例，密封角度α，管体外密封长度s1，小接箍外密封长度s2，外密封的径向过盈设计值m＝dp–db＝(1.0～1.5)*n，与规格相关的径向间隙调整量e取值范围0.5～2.5mm，管体规格d增大时，径向间隙调整量e也相应增加，环状体内径d2值按下式确定：

13、d2＝d1-s1sinα-m+s2sinα+e

14、针对本发明的一种小接箍的外密封结构，在小接箍端部设计的环状体由外密封面向外进行柱状延伸而成，环状体的厚度ts受到接箍外径w与管体外径d的双重制约，根据式2确定的环状体内径d2受到小接箍外密封面及径向过盈量等因素的影响，可以得到环状体的厚度ts：

15、ts＝(w-d2)/2

16、从端面起，小接箍由外向内依次是环状体、外密封面、螺纹、内密封面、台肩；本发明的小接箍外密封结构将外密封面进行了内置，并在小接箍端部设计了一定厚度与长度的环状体。

17、本发明的优点和积极效果是：

18、本发明所设计的一种小接箍的外密封结构，将外密封面的设计位置进行内置，并在小接箍端部设计了环状体，环状体增强了小接箍外密封结构的稳定性，提高了小接箍在拉伸、压缩、内外压、以及复合载荷下的抗泄漏能力，大大减小了小接箍在拉伸状态下外密封面的径向变形，提高了小接箍的密封稳定性。

技术特征：

1.一种小接箍的外密封结构，其特征在于：所述小接箍的内螺纹向外方向设有抗泄漏的外密封面，所述小接箍的外端均形成环状体，所述环状体与所述外密封面连接；所述环状体的长度是通过有限元分析设计获得。

2.根据权利要求1所述的一种小接箍的外密封结构，其特征是：所述环状体的长度通过有限元分析获得的方法为：通过有限元软件，对环状体的长度进行分析，在同一设计条件下，小接箍外密封指数随着环状体长度的增加而增加，当环状体长度达到一定值后对小接箍外密封指数的影响趋于缓和，此时的环状体长度值即为设计的环状体长度最佳值。

3.根据权利要求1所述的一种小接箍的外密封结构，其特征是：其外密封径向过盈量m＝dp-db＝(1.0～1.5)*n；dp为管体外密封设计值；db为小接箍外密封设计值；n为内密封过盈量。

4.根据权利要求3所述的一种小接箍的外密封结构，其特征是：环状体位于小接箍端部，环状体的内径d2＝d1-s1sinα-m+s2sinα+e，环状体对应处的管体外径为d1＝d*(95％～99％)，环状体的厚度ts＝(w-d2)/2；其中，d为管体名义外径，w为小接箍外径；e为间隙调整量，取值范围0.5～2.5mm；s1为管体外密封面长度；s2为小接箍外密封面长度；α为外密封面角度。

5.根据权利要求4所述的一种小接箍的外密封结构，其特征是：管体与小接箍的外密封面是过盈接触，其外密封式为锥-锥、弧-锥或弧-弧密封结构。

技术总结
本发明提供了一种小接箍的外密封结构，所述小接箍的内螺纹向外方向设有抗泄漏的外密封面，所述小接箍的外端形成环状体，所述环状体与所述外密封面连接；所述环状体的长度是通过有限元分析设计获得；本发明的环状体能够提高外密封面的抗变形能力，特别是在拉伸及外压的复合载荷下，能够保持小接箍外密封面的密封指数不降低，有效保证了小接箍外部密封结构的有效性，提高了接头的抗泄漏能力。

技术研发人员：骆敬辉,陈玉鹏,闫龙,吕春莉,王旭,张军,郭强,陈涛,杨腾飞,黄永智,侯振宇
受保护的技术使用者：天津钢管制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12