应用于油套管的管端镦粗的整体式螺纹接头结构

摘要

本发明提供了一种应用于油套管的管端镦粗的整体式螺纹接头结构，该结构的公端部分包括有双级公螺纹、公密封面、公中部台肩、公外台肩，所述母端部分包括有双级母螺纹、母密封面和母中部台肩、母外台肩，在拧接过程中母外台肩和公外台肩最先拧接接触，随着拧接扭矩增加母中部台肩和公中部台肩拧接接触，拧接扭矩停止则完成上扣，并满足高抗扭矩及气密封性要求。有益效果是对于API标准螺纹连接形式，该特殊螺纹接头通过ISO 13679(2002)CALⅣ试验验证，密封性能的稳定性显著提高，且能承受较高的过扭扭矩。当T1/sinα+T2之和在60％T～80％T之间时，最大扭矩值能够达到15000～22000英尺磅，而当T1/sinα+T2之和小于60％T时，最大扭矩值在8000～10000英尺磅之间。

权利要求

1.一种应用于油套管的管端镦粗的整体式螺纹接头结构，该结构包括在一个油套管的镦粗管端上加工的公端部分和另一个油套管的镦粗管端上加工的母端部分，其特征是：所述公端部分包括有双级公螺纹、公密封面、公中部台肩、公外台肩，所述母端部分包括有双级母螺纹、母密封面和母中部台肩、母外台肩，在拧接过程中母外台肩和公外台肩最先拧接接触，随着拧接扭矩增加母中部台肩和公中部台肩拧接接触，拧接扭矩停止则完成上扣，并满足高抗扭矩及气密封性要求：T1/sin α +T2 ≥ 60%TT1+T2 ≤ 50%T3

式中：α：公、母外台肩与油套管的轴线的夹角T1：公母外台肩厚度  T2 ：公母中部台肩厚度T3：管端镦粗厚度  T ：套管名义壁厚。

2.根据权利要求1所述的应用于油套管的管端镦粗的整体式螺纹接头结构，其特征是：所述公、母外台肩与油套管的轴线的夹角为45 90度。

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3.根据权利要求1所述的应用于油套管的管端镦粗的整体式螺纹接头结构，其特征是：所述公、母中部台肩与油套管的轴线的夹角为45 90度。

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4.根据权利要求1所述的应用于油套管的管端镦粗的整体式螺纹接头结构，其特征是：所述双级公、母螺纹为偏梯型螺纹或倒钩形螺纹，偏梯型螺纹的齿型是：齿型的螺距为每英寸4 8牙，锥度为1:12 1：16，公螺纹齿高为0.8 1.6mm，母螺纹齿高为0.8～1.8mm；倒钩形螺~ ~ ~纹的齿型是：螺距为每英寸4 8牙，锥度为1:12 1：16，公螺纹齿高为0.8 1.6mm，母螺纹齿高~ ~ ~为0.8～1.8mm。

5.根据权利要求1所述的应用于油套管的管端镦粗的整体式螺纹接头结构，其特征是：所述公密封面和母密封面与油套管的轴线的夹角为3 15度，所述公、母台肩螺纹轴线的角~度为45 70度。

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说明书

应用于油套管的管端镦粗的整体式螺纹接头结构

技术领域

[0001] 本发明涉及一种螺纹连接结构，主要用于石油工业领域，可用于钻井完井等作业的应用于油套管的管端镦粗的整体式螺纹接头结构。

背景技术

[0002] 油套管管柱采用螺纹将单根油井管连接而成，管柱的螺纹连接部位是薄弱的关键环节。在通用的API标准中，套管采用圆螺纹或偏梯螺纹连接形式。这种接头的优点是技术成熟、生产成本比较低，缺点是螺纹既要承担连接功能又要承担密封功能，且接头应力集中现象严重。

[0003] 随着极端条件下油气田开发越来越多，对油套管螺纹接头的要求也越来越高，特殊螺纹接头除了需要满足接头的连接性能外，还需要在极端环境和复合载荷下具备良好的密封性能。

[0004] 比如水平井，包括大弯曲角度，拉伸与压缩的交变载荷等，需要特殊扣接头具有高抗扭矩的要求，而且在满足高扭矩的特殊螺纹接头还需要具备气密封性能的稳定性。

[0005] 中国专利号为CN 202689965 U，公开了一种适用于高温高压气井的气密封油管螺纹接头，使用双级螺纹并适用于特殊井况的特殊螺纹接头。

[0006] 但是以上专利都没有说明如何确定台肩厚度的问题，基于开发用于确定主台肩及中间台肩厚度技术方案，以解决高抗扭矩且保证密封性的问题。

发明内容

[0007] 针对现有技术中结构上的不足，本发明的目的是提供一种应用于油套管的管端镦粗的整体式螺纹接头结构，以利于解决台肩厚度确定后，满足高扭矩和气密封要求的问题。

[0008] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种应用于油套管的管端镦粗的整体式螺纹接头结构，该结构包括在一个油套管的镦粗管端上加工的公端部分和另一个油套管的镦粗管端上加工的母端部分，其中：所述公端部分包括有双级公螺纹、公密封面、公中部台肩、公外台肩，所述母端部分包括有双级母螺纹、母密封面和母中部台肩、母外台肩，在拧接过程中母外台肩和公外台肩最先拧接接触，随着拧接扭矩增加母中部台肩和公中部台肩拧接接触，拧接扭矩停止则完成上扣，并满足高抗扭矩及气密封性要求：T1/sinα+T2≥60％T，T1+T2≤50％T3。

[0009] 本发明的效果是对于API标准螺纹连接形式，套管在复杂井况中容易发生断裂、滑脱、泄漏等形式的失效，给油田带来巨大的损失。该特殊螺纹接头通过ISO 13679(2002)CALⅣ试验验证，当T1、T2、T3和T之间的关系满足上述关系时，其密封性能的稳定性显著提高，且能承受较高的过扭扭矩。以规格5.5in 23PPF为例，当T1/sinα+T2之和在60％T～80％T之间时，最大扭矩值能够达到15000～22000英尺磅，而当T1/sinα+T2之和小于60％T时，最大扭矩值在8000～10000英尺磅之间。

附图说明

[0010] 图1是本发明螺纹接头结构示意图

[0011] 图2是本发明套管齿形配合图；

[0012] 图3是本发明特殊扣上扣后，台肩厚度及角度的示意图。

[0013] 图中：

[0014] 1、母端 2、公端 3、副台肩 4、公母端密封面 5、公母端螺纹

[0015] 6、公母中部台肩 7、公母外台肩 8、母螺纹 9、公螺纹

[0016] 10轴线 Hp、公螺纹齿高 Hb、母螺纹齿高

[0017] T1：公母外台肩厚度 T2：公母中部台肩

[0018] T3：管端镦粗厚度 T：套管名义壁厚 α：公母外台肩角度

具体实施方式

[0019] 结合附图对本发明的应用于油套管的管端镦粗的整体式螺纹接头结构加以说明。

[0020] 如图1所示，本发明的应用于油套管的管端镦粗的整体式螺纹接头结构是，该结构包括在一个油套管的镦粗管端上加工的公端2和另一个油套管的镦粗管端上加工的母端1，所述公端部分包括有双级公螺纹5、公密封面4、公中部台肩6、公外台肩7，所述母端部分包括有双级母螺纹5、母密封面4和母中部台肩6、母外台肩7，在拧接过程中母外台肩和公外台肩最先拧接接触，随着拧接扭矩增加母中部台肩和公中部台肩拧接接触，拧接扭矩停止则完成上扣，并满足高抗扭矩及气密封性公式要求：

[0021] T1/sinα+T2≥60％T

[0022] T1+T2≤50％T3

[0023] 式中：

[0024] T1：公母外台肩厚度T2：公母中部台肩厚度

[0025] T3：管端镦粗厚度T：套管名义壁厚。

[0026] 所述双级公、母螺纹为偏梯型螺纹或倒钩形螺纹，偏梯型螺纹的齿型是：齿型的螺距为每英寸4～8牙，锥度为1:12～1：16，公螺纹齿高为0.8～1.6mm，母螺纹齿高为0.8～1.8mm；倒钩形螺纹的齿型是：螺距为每英寸4～8牙，锥度为1:12～1：16，公螺纹齿高为0.8～1.6mm，母螺纹齿高为0.8～1.8mm。所述公、母外台肩与油套管的轴线的夹角为45～90度，所述公、母中部台肩与油套管的轴线的夹角为45～90度，所述公密封面和母密封面与油套管的轴线的夹角为3～15度，所述公、母台肩螺纹轴线的角度为45～70度。

[0027] 本发明的应用于油套管的管端镦粗的整体式螺纹接头结构功能是这样实现的：

[0028] 以规格5.5in 23PFF的API BTC扣型和该特殊螺纹接头为例，当T1/sinα+T2之和小于60％T时，公母外台肩的厚度偏薄，在螺纹拧接后，公母外台肩对顶，所承受的扭矩降低，随着扭矩的增加，公母外台肩发生屈服。

[0029] 当T1+T2之和大于50％T3或者小于30％T3时，此时会造成螺纹的公端和母端厚度差偏大，会影响整体接头的抗压缩性能，从而影响到接头的密封性能。规定钢级为80ksi的API BTC扣的最大扭矩为8500～10620英尺磅，而该特殊螺纹接头的最大扭矩能够达到15000～22000英尺磅，扭矩值为API BTC扣的2倍，且能够保证该特殊螺纹接头的密封性能。

[0030] 以油套管设计规格5.5in 23PFF为例：

[0031] 如图2所示，母螺纹8、公螺纹9和螺纹轴线10，所述的偏梯型螺纹角度承载侧角度为3度，导入侧角度为10度，公螺纹齿高Hp＝1.575mm，母螺纹齿高Hb＝1.778mm，螺距为5.08mm，螺纹锥度1：16，密封面沿管体轴线方向锥度为1：10，其中公母外台肩角度与轴线方向为60度，中部台肩为90度直角台肩。其中公母外台肩厚度T1为4.37mm，中部台肩厚度T2为
1.79mm，其中管端镦粗的厚度T3为16.7mm，管体名义壁厚T为10.54mm，公母外台肩角度为60度，满足上述公式要求。

[0032] 如图3所示，油套管名义壁厚为T，管端镦粗后壁厚为T3，T1为公母外台肩厚度，T2为中间台肩厚度，α为公母外台肩角度。在螺纹拧接的过程中，需要施加足够大的拧接力矩，使公母外台肩相互顶紧并产生一定量的过盈。这个是保证该接头气密封性的一个必要条件。在较复杂井况下，需要螺纹接头有较高的抗过扭能力，该扣型抗扭台肩面能承担较大过载扭矩，避免由于过扭造成螺纹粘扣及密封面损伤现象，从而保证其密封性能。

[0033] 为保证接头的高抗过扭能力，需要保证接头在承受压缩状态下，接头部分的抗压缩承载面大于管体的承载面，所以应满足公式T1/sinα+T2≥(60％～80％)T，T1+T2≤(30％～50％)T3要求，才能既能够保证管体的高抗扭矩，又能保证交变载荷下的气密封性能。