CN1065018C

CN1065018C - 油、套管螺纹接头

Info

Publication number: CN1065018C
Application number: CN971152888A
Authority: CN
Inventors: 于百勤; 刘玉文; 王治国; 黄子阳; 刘甫清
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1997-09-02
Publication date: 2001-04-25
Anticipated expiration: 2017-09-02
Also published as: CN1177698A

Abstract

本发明涉及一种油田钻井用油、套管的螺纹接头，由管体1、3和管接箍2通过与之啮合的螺纹组成，螺纹在直径方向上的锥度为1∶M，其中：管体和/或管接箍的螺纹的始端一定长度L、W′内的锥度为1∶(M-q)，q取0.1～4.5，管体和/或管接箍的螺纹末端一定长度W、L′内的锥度为1∶(M+q)，在不同锥度的交接点的螺纹中径值相同。本发明通过分段变换管体和接箍的工程锥度，将管体、管接箍螺纹分成2或3段，可使螺纹各齿面上接触应力均匀化，这样可减缓或防止螺纹的齿面粘扣。

Description

油、套管螺纹接头

本发明涉及一种油田钻井用油管、套管的螺纹结构。

在油田开采石油、天然气过程中，油管是要求反复使用的采油工具，根据API(美国石油学会)标准规定，其性能应满足：油管在机紧和卸下(规定扭矩值)4次而不出现粘扣，套管也不允许出现粘扣。随着石油工业的发展，油田为了降低成本，普遍要求油管能多次使用，希望机紧和卸下次数超过4次。在一般情况下油管的破坏主要是螺纹处的粘扣。例如，目前油田使用的按1∶16锥度生产的圆螺纹油、套管，各项指标均符合API标准，拧接力矩也符合推荐的最佳值，仍易于出现粘扣。造成粘扣的部位主要在管体螺纹的第1、2扣(小端)和管体螺纹连接处的最后两扣(大端)处。已经在管体小端1、2扣和大扣最后两扣出现粘扣的螺纹如果继续使用，将会破坏螺纹齿面形状，使粘扣向螺纹连接部的中间发展并使螺纹的密封性能和连接性能降低，使之报废。

本发明的目的是通过改进油、套管的结构，使螺纹防粘扣性能明显改善，机紧、拆卸而不粘扣的次数可大幅度提高，提高产品的使用寿命。

为实现上述目的，本发明提出的技术解决方案为：

一种油、套管螺纹接头，由管体1、3和管接箍2通过与之啮合的螺纹组成，管体1、3的螺纹长度为L₄、管接箍2的螺纹长度为L₇，螺纹在直径方向上的锥度为1∶M，M一般取16，其中：管体和／或管接箍的螺纹的始端一定长度L和／或W＇=[(2／18)～(7／18)]倍螺纹长度内的锥度为1∶(M-q)，q取0．1～4．5，在不同锥度的交接点的螺纹中径值相同。

管体和／或管接箍的螺纹末端一定长度L＇、W内的锥度为1∶(M+q)，其中管体始端部分的螺纹长度L=[(2／18)～(5／18)]L₄，管体末端部分的螺纹长度W=[(2／18)～(5／18)]L₄，管接箍的螺纹始端部分W＇的长度为=[(2／18)～(4／18)]L₇，末端部分的长度为L＇=[(2／18)～(7／18)]L₇。

下面接合附图对本发明做进一步详述。

附图为本发明的油、套管螺纹接头结构示意图。

由于造成螺纹粘扣的原因很多，经过大量实践和理论分析可知，螺纹齿面局部接触点过量的塑性变形，使齿面金属间产生粘着是造成粘扣的主要原因。对于现有的油管螺纹，当各类几何参数为正常(符合API标准)时，经过有限元分析，各齿面间最大接触应力分布不均匀，管体小端第1、2齿最大接触应力和管体大端螺纹连接最后两齿点面最大接触应力是中间各齿面平均最大接触应力的2．5～3倍，并且在API规定的拧接力矩的条件下一般都超过材料许用接触应力，造成连接螺纹两端首先粘扣。本发明根据锥螺纹拧接后齿面接触应力的分布规律，分段变换管体和接箍的工程锥度，将管体螺纹分成2或3段，相应管接箍螺纹也分为2或3段，各段螺纹的螺距仍然相同。这种变锥度的方式可使螺纹齿面接触应力均匀化，其机理为以下两点：从结构上改善管体大端和接箍中间段因壁厚较厚而变形困难，使齿面啮合后两端预留有释放多余变形量的间隙；从管体和接箍拧接后的泊松效应上讲，当管体受环向压缩、接箍受环向拉伸力后，接箍轴向要缩短、管体轴向要伸长，这种变化会造成两端齿面接触应力大于中间，变锥度后，也预留了少量轴向变形的空间，这样变使两端的接触应力降低，实现了接触应力均匀化，可减缓或防止螺纹的齿面粘扣。

参见附图，1、3为管体，2为接箍，对于现有技术中API标准规定的油、套管，管体上有外螺纹，即ABCD段，螺纹长度为L₄；接箍上有两段内螺纹，即A＇B＇C＇D＇和它的对称部分，螺纹长度为L₇。螺纹的扣形可以是API标准圆螺纹，也可以是偏梯形螺纹。本发明在该技术的基础上进行改进，将螺纹锥度为整个螺纹段上为固定值，改进为2、3段变锥度的螺纹，经过上述变锥度管体、管接箍的不同组配，可以得到数种油、套管螺纹接头产品，下面分别介绍以下实施容易、加工方便的4类：

1．管体和管接箍的螺纹都分成二段，螺纹的螺距相同，即：

管体部分：分为AB和BCD两段，螺纹始端(小端)AB段的长度L=[(2／18)～(7／18)]L₄，在直径方向上的锥度取1∶(M-q)，AB段与BCD段的转折点为B点，该点两段螺纹的中径值相同，其中L₄为API标准规定的螺纹消失点长度，M为API规定的锥度，一般取16，q取0．1～4．5(以下同)；小于0．1起不到作用，大于4．5则会影响螺纹的正常啮合。

管接箍部分：分为A＇B＇C＇段和C＇D＇段，螺纹始端(小端)C＇D＇段的长度为W＇=[(2／18)～(7／18)]L₇，C＇D＇段在直径方向上的锥度取1∶(M-q)，A＇B＇C＇段的锥度为1∶M，A＇B＇C＇段与C＇D＇段的转折点为C＇点，该点两段螺纹的中径值相同。

2．管体的螺纹分为三段，管接箍的螺纹为均一锥度，即：

管体螺纹分为AB、BC、CD段，螺纹始端(小端)AB段螺纹：L=[(2／18)～(7／18)]L₄，在直径方向上的锥度取1∶(M-q)；BC段螺纹：Y=[(4／18)～(14／18)]L₄，在直径方向上的锥度取1∶M；螺纹末端(大端)CD段螺纹长度为W=[(2／18)～(7／18)]L₄，在直径方向上的锥度取1∶(M+q)，锥度转折点B、C两点各在两段螺纹的中径值相同。

管接箍的螺纹为同一锥度的1∶M。

3．管体的螺纹为均一锥度，管接箍的螺纹分为三段，其螺距相同，即：

管接箍的螺纹分为A＇B＇、B＇C＇、C＇D＇段，其中螺纹末端(大端)A＇B＇段螺纹L＇=[(2／18)～(7／18)]L₇，在直径方向上的锥度1∶(M+q)，B＇C＇段长度Y＇=[(4／18)～(14／18)]L₇，在直径方向上的锥度取1∶M，螺纹始端(小端)C＇D＇段的长度W＇=[(2／18)～(7／18)]L₇，在直径方向上的锥度取1∶(M-q)。

管体的螺纹为均一锥度1∶M。

4．管体和管接箍的螺纹都分成三段，各段的螺距相同，即：

管体螺纹分为AB、BC、CD段，螺纹始端(小端)AB段螺纹：L=[(2／18)～(5／18)]L₄，在直径方向上的锥度取1∶(M-q)；BC段螺纹：Y=[(8／18)～(14／18)]L₄，在直径方向上的锥度取1∶M；螺纹末端(大端)CD段螺纹长度为W=[(2／18)～(5／18)]L₄，在直径方向上的锥度取1∶(M+q)，锥度转折点B、C点各在两段螺纹中的中径值相同。

管接箍的螺纹分为A＇B＇、B＇C＇、C＇D＇段，其中螺纹末端A＇B＇段螺纹L＇=[(2／18)～(7／18)]L₇，在直径方向上的锥度1∶(M+q)，B＇C＇段长度Y＇=[(4／18)～(14／18)]L₇，在直径方向上的锥度取1∶M，螺纹始端C＇D＇段的长度W＇=[(2／18)～(7／18)]L₇，在直径方向上的锥度取1∶(M-q)。

下面介绍本发明的一个实施例。

本实施例的产品为

3 \frac{1}{2}

英寸(φ88．9mm外径)油管，钢级N-80，材质特性：屈服强度σ_s=552～758MPa，最小抗拉强度σ_b=689MPa，表面接触应力(赫兹应力)：[σ]HO=680MPa。

除螺纹以外的有关尺寸满足API不加厚油管的尺寸要求。

螺纹部分的形状为：管体螺纹的锥度分为AB、BCD两段，管接箍的锥度分为A＇B＇C＇、C＇D＇两段，具体尺寸为：

管体：

AB段：L=(4／18)L₄=(4／18)×(18×3．175)=10．16mm，加工锥度：1∶(M-q)，M取16，q取0．5，即锥度为1∶15．5，

管体BCD段，长度Y+W=L₄-L=18×2．54-10．16=35．64mm，该段锥度为1∶16，

管接箍：

接箍A＇B＇C＇段：

长度L＇+Y＇=L₇-W＇=20×2．54-10．16=40．64mm，该段锥度为1∶16，

接箍C＇D＇段：

长度W＇=(4／18)L₇=(4／18)×20×2．54=11．29mm，该段锥度为1∶15．5。

将本发明得到的油螺纹结构，在数控机床上进行加工，采用与加工现有技术的标准油管相同的加工毛坯、刀具、工时，在规定机紧力矩状态下，得到产品的性能对比如表1所示。从表1可知，在原材料、设备、工时均不变化的情况下，本发明得到的油、套管螺纹的接触性能，即防粘扣的能力明显改善，在其它性能符合API标准的情况下，齿面接触应力分布情况已趋均匀化，并且不影响连接性能，机紧并拆卸而不粘扣的次数可大幅度提高，提高了产品的使用寿命。

表1 N-80钢级

3 \frac{1}{2}

英寸油管齿面接触应力对比表

	API标准管	本发明油管
管体小端最大接触应力(MPa)	1064	503
管体大端最大接触应力(MPa)	911	632
机紧2扣时滑脱强度(T)	96．0500	96．0005
齿面许用接触应力(MPa)	680	680

Claims

1．一种油、套管螺纹接头，由管体[1、3]和管接箍[2]通过与之啮合的螺纹组成，管体[1、3]的螺纹长度为L₄、管接箍[2]的螺纹长度为L₇，螺纹在直径方向上的锥度为1∶M，M取16，其特征在于：管体的螺纹始端一定长度L=[(2／18)～(7／18)]L₄的锥度为1∶(M-q)，q取0．1～4．5，和／或，管接箍的螺纹始端一定长度W＇=[(2／18)～(7／18)]L₇的锥度为1∶(M-q)，在不同锥度的交接点的螺纹中径值相同。

2．一种油、套管螺纹接头，由管体[1、3]和管接箍2通过与之啮合的螺纹组成，管体[1、3]的螺纹长度为L₄、管接箍2的螺纹长度为L₇，螺纹在直径方向上的锥度为1∶M，M取16，其特征在于：

管体的螺纹始端一定长度L=[(2／18)～(7／18)]L₄的锥度为1∶(M-q)，q取0．1～4．5，和／或，管接箍的螺纹始端一定长度W＇=[(2／18)～(7／18)]L₇的锥度为1∶(M-q)；

管体的螺纹末端一定长度W=[(2／18)～(5／18)]L₄的锥度为1∶(M+q)，和／或，管接箍螺纹末端L＇=[(2／18)～(7／18)]L₇的锥度为1∶(M+q)，在上述不同锥度的交接点的螺纹中径值相同。

3．根据权利要求2所述的油、套管螺纹接头，其特征在于：所述的管体[1、3]、管接箍[2]的螺纹长度和锥度为：管体的螺纹始端一定长度L=[(2／18)～(5／18)]L₄的锥度为1∶(M-q)，q取0．1～4．5，管接箍的螺纹始端一定长度W＇=[(2／18)～(4／18)]L₇的锥度为1∶(M-q)。