CN201778676U - 一种耐低压气密封套管接头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种耐低压气密封套管接头，包括一接箍以及一套管头，所述接箍上设有内螺纹，所述套管头上设有外螺纹，所述内螺纹与外螺纹的齿形相同，所述内螺纹与外螺纹过盈啮合。该耐低压气密封套管接头不同于现有的套管接头采用金属对金属密封面，而是仅依靠螺纹啮合实现密封，在保证套管接头密封性的同时，大大降低了套管接头的成产成本，从而具有很强的经济竞争力。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种套管接头，尤其涉及一种耐低气压的密封套管接头。
背景技术
随着油气开采的深入，一些低压气井越来越多被开采使用。适用于气井的常见的API LC接头没有长久稳定的气密封性能，且接头连接强度低于管体；而API BC扣没有气密封功能。因此现在在低压气井中，采用的是特殊扣接头，特殊扣接头的气密封和抗拉伸性能较好，但是使用维护成本高，用在低压气井中大材小用。现有API接头和耐高压气密封特殊扣接头的性能特点如表1所示。
表1
从上述表1可以看出，常规的API接头虽然具有很好的通用性，但是其不能保证长久密封，而特殊扣接头的虽然具有良好的性能，但是其成本却太高。
公开号为CN2248815，公开日为1997年3月5日，名称为“石油套管螺纹密封接头”的中国专利文献公开了一种适用于高压气井、深井的套管连接的螺纹密封接头，其主密封部分是由管体外凸圆部分及接箍内锥面形成，并对凸圆曲率半径以及内限位台肩到密封点的相应尺寸做了规定，并在主密封前后各设有一段环形螺纹脂贮存腔。
公开号为CN2549162，公开日为2003年5月7日，名称为“石油套管气密封螺纹接头”的中国专利文献公开了一种石油套管气密封螺纹接头，其特点是接箍两端结构是相对称设置，每一端的母螺纹是由偏梯形螺纹构成，在其前方有内密封锥面，在接箍内密封锥面的端部加工有接箍内扭矩台肩，每一端的螺纹通过退刀槽与密封锥面相连接；套管端部的公螺纹前方有外密封锥面，在其端部加工有外扭矩台肩，接箍内密封锥面和内扭矩台肩与套管端部的外密封锥面和外扭矩台肩相接触。
公开号为CN1169518，公开日为1998年1月7日，名称为“高气密偏梯形螺纹套管连接结构”的中国专利文献公开了一种套管接头，套管两端壁厚端面制成弧形曲面，两套管通过接箍连接后有轴向过盈“△”使两套管的连接管端壁厚端面相互压紧贴实管壁产生弹塑性变形形成金属对金属的连接密封面。
公开号为CN2451715，公开日为2001年10月3日，名称为“一种石油套管及油管的高压气密封联接结构”的中国专利文献公开了一种密封连接机构，其包括具有外圆锥偏梯形螺纹的套管及具有内圆锥偏梯形螺纹的接箍，在套管端部与接箍之间设置了密封环，密封环与套管及接箍接触面上的高接触应力保证了高压气体密封。套管全螺牙段牙顶的高度适当降低，以减小与接箍之间的接触应力及接箍内的周向应力，避免在酸性气井中的应力腐蚀。
从上述专利文献的介绍可以看出，其都是针对高压气井涉及的套管特殊接头，接头能承受很大的气压，其共同的特点就是通过增加一个金属对金属的密封面(柱面、球面或者锥面)与扭矩台肩的设计，来达到气密封的功能，在这些结构中，螺纹主要是起到连接作用。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种耐低压气密封套管接头，其适用于低压气井，其不需要加工金属对金属的密封面，而是直接通过设计螺纹的齿形，螺纹过盈配合达到气密封作用。因此，本实用新型较之现有的特殊接头的生产成本大大降低，是一种经济型的密封套管接头，在保证密封性的同时具有很强的经济竞争力。
为了实现上述发明目的，本实用新型提供了一种耐低压气密封套管接头，包括一接箍以及一套管头，所述耐低压是指能承受小于等于45MPa的气压，其特征在于：所述接箍上设有内螺纹，所述套管头上设有外螺纹，所述内螺纹与外螺纹的齿形相同，所述内螺纹与外螺纹过盈啮合。
优选地，所述内螺纹和外螺纹的齿形均为：螺纹的齿顶线、齿底线和中径线彼此平行，螺纹的齿高为1.5～2.0mm，螺纹的中径线平分齿高，螺纹承载角α为0～10°，螺纹导向角β为40°～60°，螺纹的承载面齿顶半径为0.2～0.8mm，螺纹的导向面齿顶半径为0.2～1.5mm。
优选地，所述螺纹的承载面齿顶半径为0.2～0.4mm。
优选地，所述螺纹承载角α为0～2°。
优选地，所述螺纹导向角β为40°～50°。
优选地，所述中径线与水平轴线之间的夹角为1∶16。
优选地，所述内螺纹与外螺纹过盈啮合的轴向长度为95～125mm。
优选地，所述接箍的内螺纹为镀铜内螺纹或锰磷化内螺纹。
采用上述套管接头上扣时，接箍与套管头之间进行手紧时，接箍与套管头正常啮合，当拧接位置超过手紧位置后，接箍的内螺纹与套管头的外螺纹便在导向面发生过盈配合，又由于螺纹齿形的承载角角度度小、接触面积小，螺纹几乎不发生变形，而同时却在齿顶与齿底之间保持了一定的接触应力，从而保证整个接头有较高气密封性能，能够耐受低气压气井的工作要求。
本实用新型通过采用上述技术方案，使得其气密封性能、抗拉伸要求和使用成本均能满足低压、低产的气井、油气混合井的开采过程：
1.本实用新型所述的套管接头具有小于等于45MPa或管体内屈服强度(二者之间的较小值)的密封功能；
2.齿形的承载角较小的设计和有效螺纹(螺纹啮合)的长度设计，使套管接头的抗拉强度可以达到与管体相同；
3.齿形的导向角较大的设计，使得套管接头能承受三上两下而不发生粘扣，若再加以接箍镀铜或者高温锰磷化处理，同时在使用过程中优化上扣扭矩设定和上扣三角形标记设计，则可使套管接头的抗粘扣性更好。
4.本实用新型所述的套管接头不采用金属对金属的密封面设计，仅通过螺纹啮合进行密封，可以大大降低接头制造成本。
附图说明
以下结合附图和具体实施例来对本实用新型所述的耐低压气密封套管接头作进一步说明。
图1为本实用新型所述的套管接头的螺纹齿形示意图。
图2为图1中所示的螺纹承载角α的放大图。
图3为本实用新型所述的套管接头使用状态示意图。
图4为本实用新型所述的套管接头通过三角形标记进行拧紧控制的使用方法示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，套管接头包括接箍1以及套管头2，接箍上设有内螺纹，套管头上设有外螺纹，内螺纹与外螺纹的齿形相同并过盈啮合。螺纹的齿顶线3、齿底线和中径线4彼此平行。各实施例中螺纹的齿高，螺纹承载角α，螺纹导向角β，内螺纹和外螺纹的承载面齿顶半径R3和R4(R3＝R4)，以及内螺纹和外螺纹的导向面齿顶半径R2和R1(R1＝R2)的值如表1所示。
各实施例中的套管型号为Φ139.7×9.17mm P110。
表1.实施例1-7和对比例1-5中螺纹齿形参数和性能指数
从上述表1可以看出，当齿高超出本实用新型所述的范围值时(对比例3)，经过三上三下接头后，该套管接头发生了粘扣。
当承载角过大或导向角过小，超出了本实用新型所述的范围时(对比例1和对比例2)，套管接头的密封性大大降低。
当导向面齿顶半径过小，超出了本实用新型所述的范围时(对比例4)，套管接头发生了粘扣。
当承载面齿顶半径过大，超出了本实用新型所述的范围时(对比例5)，套管接头的连接效率有所下降。
如图3所示，上述各实施例和对比例中的套管接头按照如图所示与套管配合，图中e为公接头端部，P1为手紧位置，P2为最小机拧位置，P3为最大机拧位置，P为实际机紧位置，14为有效螺纹长度，d为套管外径，t为套管壁厚，其中P1P2之间距离为4.8mm，P2P3之间距离为6.35mm。P为4.0-10.35mm。有效螺纹长度L4在95-125mm之间。接箍采用镀铜锌或高温锰磷化处理，合金钢管的公螺纹采用喷丸处理。
如图4所示，上述各实施例和对比例中的套管接头均采用扭矩指导上扣操作，在套管5上做三角形标记6检验上扣位置，检验接箍1的端面是否完全覆盖三角形标记6的底边其中三角形底边至顶点高度为6.35mm。
应当了解的是，上述机器拧紧仅是实现内螺纹和外螺纹过盈啮合的一种方法，并不作为对本实用新型所要保护的技术方案的限制。此外三角形标记也仅是用于检验接箍轴向进给度的一种方法，并不作为对本实用新型所要保护的技术方案的限制。
此外，为了证实本实用新型所述的套管接头的抗拉强度，发明人还对实施例二进行了纯拉伸的失效试验，接头拉伸失效时拉伸载荷超出API额定管体失效强度21％，拉断失效位置在管体上。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。
Claims (8)
1.一种耐低压气密封套管接头，包括一接箍以及一套管头，所述耐低压气是指能承受小于等于45MPa的气压，其特征在于：所述接箍上设有内螺纹，所述套管头上设有外螺纹，所述内螺纹与外螺纹的齿形相同，所述内螺纹与外螺纹过盈啮合。
2.如权利要求1所述的耐低压气密封套管接头，其特征在于，所述内螺纹和外螺纹的齿形均为：螺纹的齿顶线、齿底线和中径线彼此平行，螺纹的齿高为1.5～2.0mm，螺纹的中径线平分齿高，螺纹承载角α为0～10°，螺纹导向角β为40°～60°，螺纹的承载面齿顶半径为0.2～0.8mm，螺纹的导向面齿顶半径为0.2～1.5mm。
3.如权利要求2所述的耐低压气密封套管接头，其特征在于，所述螺纹的承载面齿顶半径为0.2～0.4mm。
4.如权利要求3所述的耐低压气密封套管接头，其特征在于，所述螺纹承载角α为0～2°。
5.如权利要求4所述的耐低压气密封套管接头，其特征在于，所述螺纹导向角β为40°～50°。
6.如权利要求2～5中任意一项所述的耐低压气密封套管接头，其特征在于，所述中径线与水平轴线之间的夹角为1∶16。
7.如权利要求6所述的耐低压气密封套管接头，其特征在于，所述内螺纹与外螺纹过盈啮合的轴向长度为95～125mm。
8.如权利要求7所述的耐低压气密封套管接头，其特征在于，所述接箍的内螺纹为镀铜内螺纹或锰磷化内螺纹。
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