CN200992958Y - 一种双台肩抗扭接头 - Google Patents
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Abstract
一种双台肩抗扭接头，属于油井管螺纹连接技术领域。按照本实用新型提供的技术方案，接头由内螺纹件与外螺纹件组成，内螺纹件包括内螺纹、中部内扭矩台肩、内锥面密封结构、端部内扭矩台肩等四部分；外螺纹件包括外螺纹、中部外扭矩台肩、外锥面密封结构、端部外扭矩台肩等四部分。接头使用时，内螺纹与外螺纹、内锥面密封结构与外锥面密封结构、中部内扭矩台肩与中部外扭矩台肩、端部内扭矩台肩与端部外扭矩台肩分别形成过盈配合。该接头拧紧后，内、外锥面发生过盈配合，可提供良好的密封性能，两个扭矩台肩与螺纹共同承担扭矩，可显著提高接头的抗扭性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及的是一种螺纹接头，特别是一种油、套管螺纹接头，属于油井管螺纹连接技术领域。
背景技术
在海洋中开采石油或天然气时，建设钻井平台非常昂贵，因此需要在一个钻井平台上钻探尽可能多的油气井，这时井眼不但要向下钻进，产生垂直位移，同时还要向远离平台处延伸，产生水平位移，水平位移往往达到几千米以上。钻探这种所谓的大位移井或水平井对油套管提出了更高的要求，这种井况下油套管下入时常常遇阻，需要一边旋转、一边施加压力才能下入，因此需要接头具有更高的抗扭强度和抗压缩性能，普通接头难以满足要求。
目前，油套管采用的接头通常是API接头，其基本结构见附图1。该接头是一种标准接头，按照API(美国石油学会)标准加工制造。其缺点是：1)扭矩完全由锥管螺纹(锥度为1∶16)承担，扭矩越大，外螺纹旋进内螺纹的长度就越长，直至发生“造扣”，损坏螺纹，因此抗扭性能较差；2)接头拧紧后，内外啮合螺纹之间存在间隙，造成密封性能差，尤其是气密封性能更差，不能用于天然气井的开采。
经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号为CN 2575286Y，公开日为2003年9月24日，实用新型专利名称为“油、套管螺纹接头”，该专利对上述API螺纹进行了改进。该实用新型为一种锥形螺纹接头，由外螺纹件和内螺纹件通过螺纹连接而成：其螺纹为改进的偏梯形螺纹，外螺纹件前端有一个圆柱密封面，内螺纹件的螺纹以外有一个凸起球面密封面，柱面与球面过盈配合构成主密封部分。外螺纹件前端倒成-9°或-15°角，与内螺纹件的-9°或-15°台肩过盈配合构成副密封部分。与API接头相比，该专利由于设计了柱面/球面形式的金属密封结构，密封性能提高，同时由于增加了扭矩台肩，抗扭性能也有所提高。
其不足之处是只有一个扭矩台肩，抗扭性能提高幅度不够大。当然，增加扭矩台肩的厚度也可以提高其抗扭性能。但是，接头的密封是靠内、外密封面的弹性过盈配合来实现的，柱面/球面形式的金属密封接触面积较小，产生的变形抗力也较小。如果增加台肩厚度必然会造成密封接触处管壁太厚，难以发生弹性变形，进而损坏密封面，因此这个方法不可行。
发明内容
本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种具有更高抗扭性能的油、套管接头。该接头通过将一个台肩一分为二的办法，解决了一个台肩难以增加厚度的难题，同时，将柱面/球面密封更改为锥面/锥面密封结构，增加了密封面处的接触面积，使密封面能承受较大的变形抗力。由于这种结构改进，该接头不但具有良好的气密封性能，还具有了良好的抗扭性能，抗扭能力达到普通API接头的3倍以上，达到单台肩接头的1.5倍以上。
按照本实用新型提供的技术方案，双台肩抗扭接头包括内螺纹件和外螺纹件，其特征是：在内螺纹件的内壁加工有内螺纹，在内螺纹的内端设置中部内扭矩台肩，在内螺纹件的内端设置端部内扭矩台肩，中部内扭矩台肩的最小直径大于端部内扭矩台肩的最大直径，在中部内扭矩台肩与端部内扭矩台肩之间设置内锥面密封结构；在外螺纹件的内壁加工有外螺纹，在外螺纹的外端设置中部外扭矩台肩，在外螺纹件的外端设置端部外扭矩台肩，中部外扭矩台肩的最大直径小于端部外扭矩台肩的最小直径，在中部外扭矩台肩与端部外扭矩台肩之间形成外锥面密封结构；接头使用时，内螺纹与外螺纹、内锥面密封结构与外锥面密封结构、中部内扭矩台肩与中部外扭矩台肩、端部内扭矩台肩与端部外扭矩台肩分别形成过盈配合。
中部内扭矩台肩与端部内扭矩台肩之间的距离为A+0.05 +0.15mm；中部外扭矩台肩与端部外扭矩台肩之间的距离为A±0.05毫米，A的数值为7mm～15mm。内锥面密封结构的锥度为1∶8.5；外锥面密封结构的锥度为1∶10。
与现有技术相比，本实用新型具有显著进步，具体表现在：1)将一个扭矩台肩分为两个，解决了一个台肩难以增厚的难题，扭矩由2个台肩分担，降低了应力集中，显著提高了接头的抗扭能力。2)密封锥面的长度较长，使锥面密封结构的弹性变形能力更好，同时，将其锥度设置为不同数值，最大程度地保证了二者配合后，接触压力均匀分布，提高了接头的气密封效果。
附图说明
图1为现有的接头结构图。
图2为本实用新型的结构图。
具体实施方式
本实用新型总体上为锥管螺纹连接，其锥度为1∶16，它由内螺纹件1和外螺纹件6两部分组成。其中，在内螺纹件1的内壁加工有内螺纹2，在内螺纹2的内端设置中部内扭矩台肩3，在内螺纹件1的内端设置端部内扭矩台肩5，中部内扭矩台肩3的最小直径大于端部内扭矩台肩5的最大直径，以便在中部内扭矩台肩3与端部内扭矩台肩5之间形成内锥面密封结构4；在外螺纹件6的内壁加工有外螺纹7，在外螺纹7的外端设置中部外扭矩台肩8，在外螺纹件6的外端设置端部外扭矩台肩10，中部外扭矩台肩8的最大直径小于端部外扭矩台肩10的最小直径，以便在中部外扭矩台肩8与端部外扭矩台肩10之间形成外锥面密封结构9；接头使用时，内螺纹2与外螺纹7、内锥面密封结构4与外锥面密封结构9、中部内扭矩台肩3与中部外扭矩台肩8、端部内扭矩台肩5与端部外扭矩台肩10分别形成过盈配合。
在内螺纹件1上加工两个扭矩台肩时，保证中部内扭矩台肩3与端部内扭矩台肩5之间的距离为A+0.05 +0.15mm。在外螺纹件6上加工有两个扭矩台肩时，保证中部外扭矩台肩8与端部外扭矩台肩10之间的距离为A±0.05mm。A根据规格不同可取7mm～15mm之间不同的数值。这样，接头拧紧后，或者内螺纹件1上的两个扭矩台肩与外螺纹件6上的两个扭矩台肩同时接触，与螺纹共同承担上扣扭矩，或者中部扭矩台肩先接触，待中部扭矩台肩随上扣扭矩增大发生一定的塑性变形后，端部扭矩台肩再接触，承担继续增加的扭矩。本设计将一个扭矩台肩分为两个，解决了一个台肩难以增厚的难题，扭矩由2个台肩分担，降低了应力集中，显著提高了接头的抗扭能力。
与此同时，在中部内扭矩台肩(3)与端部内扭矩台肩(5)之间加工有内锥面密封结构(4)，内锥面密封结构4的锥度为1∶8.5；在中部外扭矩台肩8)端部外扭矩台肩10之间加工有外锥面密封结构9，外锥面密封结构9的锥度为1∶10。由于密封锥面的长度较长(大约为7mm～15mm)，与球面/柱面密封结构相比，在同样的接触压力下可以产生更大的变形，使该结构的弹性变形能力更好，提高了接头的气密封效果。同时，考虑到内锥面密封结构4与外锥面密封结构9的变形抗力不同，将其锥度设置为不同数值，最大程度地保证了二者配合后，整个锥面长度上都可以紧密接触，使接触压力基本上均匀分布。
本实用新型的第一个实施例是用于Φ177.8×10.36mm的套管，钢级为N80。内螺纹件及外螺纹件的几何尺寸包括外径、壁厚等均采用标准值，套管材料满足API标准对N80钢级套管材料的要求，其内螺纹和外螺纹均采用API标准偏梯形螺纹，锥度1∶16，中部台肩与端部台肩之间的距离A＝10mm，台肩均为直角台肩形式，内锥面密封结构的锥度为1∶8.5，外锥面密封结构的锥度为1∶10。对于同样规格、钢级的API套管，其最大允许上扣扭矩是10300N-m，而本实用新型的最大允许上扣扭矩可达31000N-m。同时，接头连接强度大于管体，气密封能力达到56Mpa以上。
本实用新型的第二个实施例是用于Φ88.9×7.34mm的油管，钢级为C95。内螺纹件及外螺纹件的几何尺寸包括外径、壁厚等均采用标准值，套管材料满足API标准对C95钢级油管材料的要求，其内螺纹和外螺纹均采用6牙偏梯形螺纹，锥度1∶16，中部台肩与端部台肩之间的距离A＝8mm，台肩均为直角台肩形式，内锥面密封结构的锥度为1∶8.5，外锥面密封结构的锥度为1∶10。对于同样规格、钢级的API油管，其最大允许上扣扭矩是4690N-m，而本实用新型的最大允许上扣扭矩可达14100N-m。同时，接头连接强度大于管体，气密封能力达到94Mpa以上。
本实用新型适合于在水平井、大位移井等钻井条件下使用。
Claims (3)
1、一种双台肩抗扭接头，包括内螺纹件(1)和外螺纹件(6)，其特征是：在内螺纹件(1)的内壁加工有内螺纹(2)，在内螺纹(2)的内端设置中部内扭矩台肩(3)，在内螺纹件(1)的内端设置端部内扭矩台肩(5)，中部内扭矩台肩(3)的最小直径大于端部内扭矩台肩(5)的最大直径，在中部内扭矩台肩(3)与端部内扭矩台肩(5)之间设置内锥面密封结构(4)；在外螺纹件(6)的内壁加工有外螺纹(7)，在外螺纹(7)的外端设置中部外扭矩台肩(8)，在外螺纹件(6)的外端设置端部外扭矩台肩(10)，中部外扭矩台肩(8)的最大直径小于端部外扭矩台肩(10)的最小直径，在中部外扭矩台肩(8)与端部外扭矩台肩(10)之间形成外锥面密封结构(9)；接头使用时，内螺纹(2)与外螺纹(7)、内锥面密封结构(4)与外锥面密封结构(9)、中部内扭矩台肩(3)与中部外扭矩台肩(8)、端部内扭矩台肩(5)与端部外扭矩台肩(10)分别形成过盈配合。
2、如权利要求1所述的双台肩抗扭接头，其特征是：中部内扭矩台肩(3)与端部内扭矩台肩(5)之间的距离为A+0.05 +0.15mm；中部外扭矩台肩(8)与端部外扭矩台肩(10)之间的距离为A±0.05毫米，A的数值为7mm～15mm。
3、如权利要求1所述的双台肩抗扭接头，其特征是：内锥面密封结构(4)的锥度为1∶8.5；外锥面密封结构(9)的锥度为1∶10。
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