專利名稱：新型油管和套管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油井完井過程中及油井采油過程中的油管和套管，它提供一種聯(lián)接時(shí)具有優(yōu)質(zhì)密封和聯(lián)接強(qiáng)度與管體抗拉強(qiáng)度相等的新型油管和套管。
背景技術(shù)：
近幾十年來我國(guó)各油田的油管和套管的螺紋聯(lián)接采用API專用石油螺紋聯(lián)接。API螺紋有加工容易、現(xiàn)場(chǎng)配接短節(jié)方便，從而加工成本低以及適應(yīng)重復(fù)上扣等優(yōu)點(diǎn)。但隨著油井鉆井深度的增加、腐蝕性和高壓油氣井的生產(chǎn)、以及稠油油井注入高溫高壓水蒸汽，使API螺紋的應(yīng)用環(huán)境更加嚴(yán)峻，應(yīng)用條件更加惡劣。如油井注蒸汽時(shí)應(yīng)用環(huán)境為壓力15Mpa，溫度340℃。此時(shí)傳統(tǒng)API螺紋耐溫150℃將被突破。API螺紋是在優(yōu)質(zhì)密封脂的配合下達(dá)到密封的，340℃的高溫首先破壞密封脂，進(jìn)而聯(lián)接螺紋密封工況遭到破壞。另外，API螺紋的聯(lián)接強(qiáng)度只是管體抗拉強(qiáng)度的80％，提高油井井下管柱整體強(qiáng)度辦法之一是增加管體的厚度。管體越厚，管柱越重，管柱越重所用鋼材的成本就會(huì)增加，油井管柱負(fù)荷也會(huì)增大，這樣就會(huì)對(duì)用戶產(chǎn)生雙重不利因素。目前國(guó)內(nèi)雖然有多種非API特殊石油套管聯(lián)接螺紋，但它們共同特點(diǎn)是在金屬對(duì)金屬的密封均采用錐面密封和端面密封。由于原API螺紋公母扣旋合時(shí)，相對(duì)位移變化范圍大，為保證公母扣的接觸位移，往往犧牲原來API螺紋結(jié)構(gòu)，而采用非API螺紋，進(jìn)而達(dá)到一定的位移數(shù)值。非API螺紋加工難度大，成本高，不利于大面積推廣使用。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資料統(tǒng)計(jì)，API螺紋用于油井抽油時(shí)，因螺紋產(chǎn)生漏失，導(dǎo)致每口抽油井每天產(chǎn)液量減少5～10％，我國(guó)有十萬(wàn)多口抽油井，顯然每天因螺紋漏失導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失是十分巨大的。因此，提高螺紋的聯(lián)接強(qiáng)度，提供螺紋的優(yōu)質(zhì)密封是適應(yīng)上述工況發(fā)展的需要。

發(fā)明內(nèi)容
目的本發(fā)明的目的是提供一種油井油管套管螺紋聯(lián)接強(qiáng)度和管體抗拉強(qiáng)度相等，并且具有多重優(yōu)質(zhì)密封的新型油管和套管。
技術(shù)方案1、對(duì)于不同公稱直徑的油管聯(lián)接螺紋，在端部聯(lián)接處采用該公稱直徑所對(duì)應(yīng)的API外加厚油管螺紋聯(lián)接，而管體內(nèi)外徑仍保持不變。對(duì)于不同公稱直徑的套管聯(lián)接螺紋，在端部聯(lián)接處，如套管公稱直徑分別為4.5吋采用5.0吋、5.0吋采用5.5吋、6.625吋采用7.0吋、7.0吋采用7.625吋的API套管螺紋聯(lián)接，而管體內(nèi)外徑仍保持不變。
2、對(duì)一根油管或套管制作二個(gè)公接頭和一個(gè)母接頭。
3、油管或套管兩端公接頭與對(duì)應(yīng)公稱直徑的管體采用摩擦焊接的方法焊接成一個(gè)整體，再在一端的公接頭上上好一個(gè)母接頭，構(gòu)成新型油管和套管。
4、公、母接頭的結(jié)構(gòu)由兩部分組成，一是保留原API螺紋結(jié)構(gòu)，二是在API螺紋的尾部增加圓滑凸起密封和O形膠圈密封。
5、油管公接頭內(nèi)徑與其管體相同。
6、油田采油所用的舊油管可用上述方法作再生處理，即先將原油管兩端的API螺紋車掉，再將預(yù)先加工好的新型公接頭用摩擦焊接方法焊在管體的兩端，再在一端的公接頭上上好一個(gè)母接頭，構(gòu)成新型油管。
有益效果本發(fā)明將油井的油管和套管的端部聯(lián)接采用外加厚螺紋聯(lián)接，進(jìn)而使管體抗拉強(qiáng)度和螺紋抗拉強(qiáng)度相等，則導(dǎo)致油井所用鋼材大幅度下降。如一口油井深2000m、外徑114.3mm、壁厚6.35mm、鋼級(jí)N80、16.9kgf/m的油管，當(dāng)采用本技術(shù)方案時(shí)，其管體和螺紋抗拉強(qiáng)度均為(11.432-10.162)×0.785cm2×60000N/cm2＝129.1×104N；當(dāng)采用原方案即平式油管聯(lián)接方法，當(dāng)壁厚達(dá)到8mm、20.97kgf/m時(shí)管體的最大抗拉負(fù)荷為(11.432-9.832)×0.785cm2×60000N/cm2×0.8＝128.2×104N。當(dāng)兩種技術(shù)方案抗拉強(qiáng)度相同，當(dāng)不計(jì)聯(lián)接處鋼材重量的增加時(shí)，本技術(shù)方案所用鋼材為16.9kgf/m×2000m＝33800kgf＝33.8×103kgf＝33.8×103×9.8N。即質(zhì)量為33.8t。原方案所用鋼材為20.97kgf/m×2000m＝41.94×103×9.8N。即質(zhì)量為41.94t。兩方案比較，原方案多用鋼材為41.94t-33.8t＝8.14t。則新方案節(jié)約成本為(41.94t-33.8t)×0.63萬(wàn)元/t＝5.13萬(wàn)元。顯然，當(dāng)油井深度增大，油管或套管公稱直徑增大及油井?dāng)?shù)量增多時(shí)，采用本發(fā)明將節(jié)約更多的費(fèi)用。
目前，我國(guó)各無(wú)縫鋼管廠所生產(chǎn)的無(wú)縫鋼管，存在最大質(zhì)量問題是鋼管的外徑幾何形狀不能滿足油田用戶的要求。例如用戶要求鋼廠生產(chǎn)127.4mm×6.43mm的無(wú)縫鋼管時(shí)，用戶要求的外徑形狀公差最小尺寸為127.4mm，最大尺寸為128.4mm時(shí)，鋼廠交貨時(shí)很多鋼管的外徑尺寸存在較大的橢圓度和公差達(dá)不到用戶要求，長(zhǎng)軸外徑最大可達(dá)129.0mm，短軸最小外徑可達(dá)126.8mm。用戶兩端車螺紋時(shí)，產(chǎn)生較長(zhǎng)的“黑頂螺紋”，使螺紋存在缺欠和缺陷。鋼廠在解決上述問題時(shí)，一般采用外徑取正公差，壁厚取負(fù)公差，即用鋼管外徑增大來解決“黑頂螺紋”問題，這樣做，表面成材率高，但由于壁厚減薄，加工螺紋后齒底截面厚度必然減薄，直接影響聯(lián)接強(qiáng)度，同樣使鋼管存在質(zhì)量缺欠和缺陷。用戶在解決上述問題時(shí)，往往采用即加大鋼管外徑又加大鋼管壁厚的做法，這樣必然增加用戶的生產(chǎn)成本。
當(dāng)然在實(shí)施上述技術(shù)方案時(shí)，鋼廠可采用把鋼管兩端鐓厚變粗的方案，但此方案與本技術(shù)方案比較，鋼廠成本將會(huì)大幅度增加，所以，目前大多數(shù)鋼廠沒有采用此方案。
油田采油所用的舊油管，采用本技術(shù)方案再生處理，經(jīng)濟(jì)效益可觀。因?yàn)榕f油管再生后等于重新購(gòu)置一套新的外加厚油管不但聯(lián)接強(qiáng)度高，而且提供優(yōu)質(zhì)密封。外加厚油管的價(jià)格是普通平式油管價(jià)格的1.3倍以上，而舊油管的價(jià)格為新油管價(jià)格的0.7倍左右，則一套油管可創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值是原來的1.3/0.7＝1.86倍。
我國(guó)有十萬(wàn)多口抽油井，計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益取5萬(wàn)口，每口井產(chǎn)液量平均估計(jì)為15t/d，含水率估計(jì)為0.73，則產(chǎn)油量為15t/d×(1-0.73)＝4.05t/d。當(dāng)采用本發(fā)明所提供的油管抽油時(shí)，每口井每天提高的產(chǎn)油量?jī)H為2％時(shí)，則全國(guó)每天提高的產(chǎn)油量為4.05t/d.口井×0.02×50000口井＝4050t/d，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為4050t/d×2000元/t＝810萬(wàn)元/d。


下面結(jié)合附圖1進(jìn)一步說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖面圖，它給出了油套管某一端的聯(lián)接方式，其另一端的聯(lián)接方式與本圖1相同。
圖1中的管體[7]與公接頭[2]采用摩擦焊接；摩擦焊口[6]是管體[7]與公接頭[2]摩擦焊接后形成的；公接頭[2]螺紋尾部設(shè)有金屬圓滑凸起[5]和O形膠圈盤根槽[4]，槽內(nèi)安裝O形膠圈[3]；金屬圓滑凸起[5]與母接頭[1]配合處采用過盈配合，從而產(chǎn)生超過密封壓力的接觸應(yīng)力，由此達(dá)到密封；O形膠圈盤根槽[4]的結(jié)構(gòu)與母接頭[1]的金屬配合采用動(dòng)配合；API螺紋[8]采用美國(guó)最近推薦螺紋標(biāo)準(zhǔn)加工。
上述結(jié)構(gòu)中金屬圓滑凸起[5]與母接頭[1]配合是屬于金屬對(duì)金屬的切點(diǎn)密封、O形膠圈[3]結(jié)構(gòu)屬于O形膠圈密封、API螺紋[8]屬于API螺紋密封。因此圖1提供的結(jié)構(gòu)具有三重密封功能，它提供了可靠的優(yōu)質(zhì)密封。
API螺紋是錐度螺紋，在不同上扣扭矩及公母扣之間的相對(duì)位移與標(biāo)準(zhǔn)位移比較，變化范圍一般可小于0～8mm，因此母接頭[1]的端部另多留有8mm的柱面結(jié)構(gòu)，目的是當(dāng)小于標(biāo)準(zhǔn)位移達(dá)8mm時(shí)，金屬圓滑凸起[5]不外露，仍處在母接頭[1]的端部柱面內(nèi)得到保護(hù)。金屬圓滑凸起[5]及O形膠圈[3]與母接頭[1]的接觸配合屬于無(wú)錐度的柱面配合，它們之間相對(duì)位移時(shí)，仍保持良好的優(yōu)質(zhì)密封。圖1中公接頭[2]的抗拉危險(xiǎn)斷面發(fā)生在安裝O形膠圈[3]的O形膠圈盤根槽[4]內(nèi)，由此將O形膠圈盤根槽[4]的最小直徑設(shè)計(jì)為略大于管體本身外徑0.5mm以上，并且O形膠圈盤根槽[4]的底角和上部棱角均采用圓滑過渡，進(jìn)而減弱了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的應(yīng)力集中現(xiàn)象，油管公接頭[2]的內(nèi)徑與管體[1]內(nèi)徑相同。
具體實(shí)施例方式
本技術(shù)方案的公接頭[2]采用預(yù)先加厚并加工好，之后再與管體[7]摩擦焊接，公接頭[2]加工時(shí)由于長(zhǎng)度很短，特別適合數(shù)控車床加工，這樣做無(wú)疑會(huì)大幅度提高螺紋加工精度，進(jìn)而提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度，聯(lián)接螺紋均為優(yōu)質(zhì)螺紋，并且母接頭[1]也用數(shù)控車床加工，同樣也是優(yōu)質(zhì)母接頭[1]。公接頭[2]與管體[7]采用摩擦焊接，焊接速度快，可靠性好，一般不存在焊接質(zhì)量缺欠。
公接頭[2]與管體[7]焊接后執(zhí)行焊后熱處理制度，即焊后進(jìn)行高溫回火處理，焊口進(jìn)行100％射線探傷檢驗(yàn)，之后將摩擦焊口[6]內(nèi)外凸出部分用車床加工平整。公接頭[2]和母接頭[1]的螺紋按國(guó)家規(guī)定的API標(biāo)準(zhǔn)加工，加工完后進(jìn)行抽檢打壓試驗(yàn)。公接頭[2]和母接頭[1]的材質(zhì)可比管體[7]強(qiáng)度略高，目的是提高螺紋的聯(lián)接強(qiáng)度與管體抗拉強(qiáng)度相同的可靠性。
本發(fā)明也可采用油管和套管的一端摩擦焊接一個(gè)公接頭[2]，其另一端摩擦焊接母接頭[1]，此時(shí)，母接頭[1]一端縮徑到與管體[7]外徑大小一致，便于進(jìn)行摩擦焊接。它的優(yōu)點(diǎn)是一根油管或套管只有兩個(gè)零件與其聯(lián)接，減少一個(gè)公接頭[2]。但是此方案的缺點(diǎn)是，油套管維修不方便，并且母接頭[1]的毛坯需進(jìn)行鍛造處理，母接頭[1]結(jié)構(gòu)與本技術(shù)方案結(jié)構(gòu)相同，顯然此技術(shù)方案也落在本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種新型油管套管包括母接頭、公接頭、O形膠圈、O形膠圈盤根槽、金屬圓滑凸起、摩擦焊口、管體及API螺紋，其特征在于管體[7]與公接頭[2]采用摩擦焊接，公接頭[2]的API螺紋尾部設(shè)有金屬圓滑凸起[5]和O形膠圈盤根槽[4]，槽內(nèi)安裝O形膠圈[3]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型油管和套管，其特征在于對(duì)不同公稱直徑的油管公接頭[2]與母接頭[1]的聯(lián)接螺紋，在端部聯(lián)接處采用該公稱直徑所對(duì)應(yīng)的API外加厚油管螺紋聯(lián)接，且油管公接頭[2]的內(nèi)徑與管體[7]相同，對(duì)于不同公稱直徑套管公接頭[2]與母接頭[1]的聯(lián)接螺紋，在端部聯(lián)接處，如套管公稱直徑分別為4.5時(shí)采用5.0時(shí)、5.0時(shí)采用5.5時(shí)、6.625時(shí)采用7.0時(shí)、7.0時(shí)采用7.625時(shí)的API套管螺紋聯(lián)接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型油管和套管，它用于油井的完井和采油過程中。該發(fā)明將油管和套管的端部聯(lián)接處采用API外加厚螺紋聯(lián)接，而管體的內(nèi)外徑仍保持不變。在API螺紋尾部設(shè)有O形膠圈和金屬圓滑凸起密封。它提供了一種螺紋聯(lián)接強(qiáng)度與管體抗拉強(qiáng)度相等，并具有多重優(yōu)質(zhì)密封的新型油管和套管。它由母接頭、公接頭、O形膠圈、O形膠圈盤根槽、金屬圓滑凸起、摩擦焊口、管體及API螺紋所組成。管體與公接頭采用摩擦焊接。
文檔編號(hào)E21B17/00GK1908363SQ20051008575
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2005年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月4日
發(fā)明者孟祥湖 申請(qǐng)人:孟祥湖