專利名稱：特殊圓螺紋高抗扭矩管接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于石油行業(yè)的油井管螺紋接頭，具體地說是一種特殊圓螺紋高抗扭矩管接頭。
背景技術(shù)：
油井管行業(yè)中的油套管主要是通過螺紋接頭連接起來，形成油套管柱，長度達到數(shù)千米，其中螺紋接頭連接的強度要求、密封性能，拉伸載荷及抗扭矩性能等各方面的要求較聞。目前，現(xiàn)有的油套管圓螺紋連接的結(jié)構(gòu)基本上都是API(美國石油學會)標準圓螺紋，技術(shù)比較成熟，但使用效果不夠理想。這種標準圓螺紋接頭的密封面性能差，抗彎曲能力弱，往往導致在螺紋連接部位發(fā)生泄露、斷裂、滑脫等質(zhì)量事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述問題，提供一種特殊圓螺紋高抗扭矩管接頭，該接頭連接強度高， 密封性能好，抗彎曲能力強，入扣性能好。按照本發(fā)明的技術(shù)方案一種特殊圓螺紋高抗扭矩管接頭，包括通過螺紋連接的接箍及管體，所述螺紋的牙型為帶有圓弧齒頂及圓弧齒底的特殊圓螺紋，其導向面牙側(cè)角為40°飛0°，其承載面牙側(cè)角為1° 5°，其錐度為1:81:20;所述接箍內(nèi)壁的軸向中部設(shè)置有環(huán)狀的中間柱面，所述中間柱面的兩端面與所述管體的端部之間分別設(shè)置有金屬密封結(jié)構(gòu)，所述金屬密封結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所述接箍上的內(nèi)密封面及設(shè)置在所述管體上的外密封面；所述內(nèi)密封面包括設(shè)置在所述中間柱面端面與所述接箍內(nèi)螺紋端部之間的內(nèi)密封弧面及與所述內(nèi)密封弧面垂直的內(nèi)密封端弧面；所述外密封面包括設(shè)置在所述管體端部外壁上的外密封弧面及與所述外密封弧面垂直的外密封端弧面。所述內(nèi)密封弧面為凸弧面或凹弧面，所述外密封弧面為與所述內(nèi)密封弧面弧面相反的凹弧面或凸弧面；所述內(nèi)密封端弧面為凸弧面，所述外密封端弧面為凹弧面。所述內(nèi)密封弧面為凹弧面，所述外密封弧面為凸弧面時，所述內(nèi)密封弧面及所述外密封弧面與齒型過渡面之間設(shè)置有過渡圓弧，所述外密封弧面的過渡圓弧為3飛mm，所述內(nèi)密封弧面的過渡圓弧大(T2mm。所述內(nèi)密封端弧面與所述內(nèi)密封弧面之間設(shè)置有內(nèi)密封面內(nèi)圓角；所述外密封端弧面與所述外密封弧面之間設(shè)置有外密封面外圓角。所述內(nèi)密封面內(nèi)圓角的半徑為O. 2"O. 5mm,所述外密封面外圓角的半徑比所述內(nèi)密封面內(nèi)圓角的半徑大(Timm。所述內(nèi)密封端弧面與所述中間柱面的內(nèi)壁之間設(shè)置有內(nèi)密封面外圓角，所述內(nèi)密封面外圓角為O. 2^0. 5mm。所述內(nèi)密封弧面的長度為l(T20mm，弧面半徑為4(T60mm，所述外密封弧面的長度及弧面半徑與所述內(nèi)密封弧面的相同。
所述內(nèi)密封端弧面的厚度為5 15mm，弧面半徑為4 10臟，所述外密封端弧面的厚 度及弧面半徑與所述內(nèi)密封端弧面的相同。所述螺紋的螺距為6. 5牙/英寸牙/英寸，其牙型齒高為1. 5^2. 5mm。所述螺紋的齒底圓弧及齒頂圓弧的半徑為0. 2(Tl. 0_。本發(fā)明的技術(shù)效果在于本發(fā)明采用非對稱的特殊圓螺紋，牙型的導向面牙側(cè)角 比標準圓螺紋大，螺紋的入扣性能好，在機緊時不易錯扣；牙型的承載面牙側(cè)角形成倒鉤， 提高了螺紋的連接強度，增加了牙型密封性能，同時提高了接頭的抗彎曲能力，使其抗泄露 性能大大增加；在接箍與管體之間增加了雙圓弧型金屬密封結(jié)構(gòu)，能夠有效提高抗扭矩性 能和密封性能。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明分解后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明中的螺紋牙型圖。圖4為本發(fā)明中的內(nèi)密封面的放大圖。圖5為本發(fā)明中的外密封面的放大圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的說明。圖廣圖5中，包括接箍1、管體2、管體3、螺紋4、牙型齒高5、導向面牙側(cè)角6、承 載面牙側(cè)角7、齒底圓弧8、齒頂圓弧9、錐度10、螺距11、牙型角12、外密封弧面13、內(nèi)密封 弧面14、外密封端弧面15、內(nèi)密封端弧面16、外密封面外圓角17、內(nèi)密封面內(nèi)圓角18、內(nèi)密 封面外圓角19、內(nèi)密封面20、外密封面21、中間柱面22、中徑線23等。如圖1、圖2所示，本發(fā)明是一種特殊圓螺紋高抗扭矩管接頭，包括通過螺紋4連接 的接箍1及管體2、3。接箍1和管體2是以虛擬的中徑線23為基準進行緊密配合，達到管 體2與管體3通過接箍1進行若干連接形成油、套管柱滿足油氣田生產(chǎn)使用要求。本發(fā)明中的螺紋4的牙型為帶有圓弧齒頂及圓弧齒底的特殊圓螺紋，由對稱的牙 型改為偏向承載面的非對稱牙型。如圖3所示，螺紋4的導向面牙側(cè)角6為40°飛0°，其 承載面牙側(cè)角7為1° 5°，牙型角12的范圍為導向面牙側(cè)角6與承載面牙側(cè)角7之差。螺紋4的錐度10為1:8 1:20;螺距11為6.5牙/英寸 4牙/英寸(25. 4 mm)； 牙型齒高5為1. 5^2. 5mm。螺紋4的齒底圓弧8及齒頂圓弧9的半徑為0. 2(Tl. 0mm。再參見圖1及圖2，在接箍1內(nèi)壁的軸向中部設(shè)置有環(huán)狀的中間柱面22，中間柱面 22的長度范圍是5(T200mm。中間柱面22的兩端面與管體2、3的端部之間分別設(shè)置有金屬 密封結(jié)構(gòu)。金屬密封結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在接箍1上的內(nèi)密封面20及設(shè)置在管體2、3上的外密 封面21。如圖4所示，內(nèi)密封面20包括設(shè)置在中間柱面22端面與接箍1內(nèi)螺紋端部之間的 內(nèi)密封弧面14及與內(nèi)密封弧面14垂直的內(nèi)密封端弧面16。內(nèi)密封端弧面16為凸弧面，內(nèi) 密封弧面14為凸弧面或凹弧面。內(nèi)密封端弧面16與內(nèi)密封弧面14之間設(shè)置有內(nèi)密封面內(nèi)圓角18，內(nèi)密封面內(nèi)圓角18的半徑為O. 2^0. 5mm ;內(nèi)密封端弧面16與中間柱面22的內(nèi)壁之間設(shè)置有內(nèi)密封面外圓角20，內(nèi)密封面外圓角20為O. 2^0. 5_。內(nèi)密封弧面14的長度為10 20mm,弧面半徑為40 60mm ;內(nèi)密封端弧面16的厚度為5 15mm,弧面半徑為4 10mm。如圖5所示，外密封面21包括設(shè)置在管體2、3端部外壁上的外密封弧面13及與外密封弧面13垂直的外密封端弧面15。外密封端弧面15為與內(nèi)密封端弧面16相配的凹弧面，外密封弧面13為與內(nèi)密封弧面14弧面相反的凹弧面或凸弧面。外密封端弧面15與外密封弧面13之間設(shè)置有外密封面外圓角17，外密封面外圓角17的半徑比內(nèi)密封面內(nèi)圓角18的半徑大(Timm。外密封弧面13的長度及弧面半徑與內(nèi)密封弧面14的相同，外密封端弧面15的厚度及弧面半徑與內(nèi)密封端弧面16的相同。當內(nèi)密封弧面14為凹弧面，外密封弧面13為凸弧面時，內(nèi)密封弧面14及外密封弧面13與齒型過渡面之間設(shè)置有過渡圓弧，外密封弧面13的過渡圓弧為3飛mm，內(nèi)密封弧面14的過渡圓弧大(T2mm，以便在內(nèi)外密封面旋緊配合時能夠順利通過而不發(fā)生干涉。本發(fā)明操作時，先將管體2的外螺紋先放入接箍I的內(nèi)螺紋3 7扣后進行機器擰接。由于導向面牙側(cè)角6坡度較大，放扣時在重力作用下入扣非常容易，不會造成內(nèi)螺紋齒頂和外螺紋齒頂頂扣、造成錯扣機緊現(xiàn)象。接箍I有內(nèi)密封面20，當機器擰接過盈旋緊配合后具有較大的抗扭矩作用，機緊的位置和扭矩大小可以按照API標準圓螺紋上扣機緊相同或工藝文件另行規(guī)定，但是必須滿足內(nèi)密封面20和外密封面21以及內(nèi)外螺紋4的緊密配合。同樣的緊固方法，將接箍I和管體3以虛擬的中徑線23為基準進行緊密配合，達到管體2與管體3通過接箍I進行若干連接形成油、套管柱滿足油氣田生產(chǎn)使用要求，在油田下井時將其一個個的連接件機緊連接形成數(shù)千米的油套管柱。本發(fā)明采用非對稱的特殊圓螺紋，牙型的導向面牙側(cè)角比標準圓螺紋大，螺紋的入扣性能好，在機緊時不易錯扣；牙型的承載面牙側(cè)角形成倒鉤，提高了螺紋的連接強度， 增加了牙型密封性能，同時提高了接頭的抗彎曲能力，使其抗泄露性能大大增加；在接箍與管體之間增加了一個金屬密封結(jié)構(gòu)，使其在過盈配合后能夠有效提高抗扭矩性能和密封性能；金屬密封結(jié)構(gòu)采用端面和側(cè)面的雙圓弧型密封結(jié)構(gòu)，在過盈配合后能夠有效提高抗扭矩性能和密封性能，加工簡單；增加了接箍的總體長度，提高了接頭的抗彎曲能力。本發(fā)明加工簡單方便，使用范圍廣，安全可靠；能夠承受外界高強度復(fù)雜的力施加而不泄露或損壞，滿足油田的使用要求。
權(quán)利要求
1.一種特殊圓螺紋高抗扭矩管接頭，包括通過螺紋(4)連接的接箍(I)及管體(2、3)， 其特征是所述螺紋(4)的牙型為帶有圓弧齒頂及圓弧齒底的特殊圓螺紋，其導向面牙側(cè)角(6)為40° 50°，其承載面牙側(cè)角(7)為1° 5°，其錐度(10)為1:8 1:20 ;所述接箍 (O內(nèi)壁的軸向中部設(shè)置有環(huán)狀的中間柱面(22)，所述中間柱面(22)的兩端面與所述管體 (2、3)的端部之間分別設(shè)置有金屬密封結(jié)構(gòu)，所述金屬密封結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所述接箍(I)上的內(nèi)密封面(20)及設(shè)置在所述管體(2、3)上的外密封面(21);所述內(nèi)密封面(20)包括設(shè)置在所述中間柱面(22)端面與所述接箍(I)內(nèi)螺紋端部之間的內(nèi)密封弧面(14)及與所述內(nèi)密封弧面(14)垂直的內(nèi)密封端弧面(16);所述外密封面(21)包括設(shè)置在所述管體(2、3) 端部外壁上的外密封弧面(13)及與所述外密封弧面(13)垂直的外密封端弧面(15)。
2.按照權(quán)利要求I所述的特殊圓螺紋高抗扭矩管接頭，其特征是所述內(nèi)密封弧面 (14)為凸弧面或凹弧面，所述外密封弧面(13)為與所述內(nèi)密封弧面(14)弧面相反的凹弧面或凸弧面；所述內(nèi)密封端弧面(16)為凸弧面，所述外密封端弧面(15)為凹弧面。
3.按照權(quán)利要求2所述的特殊圓螺紋高抗扭矩管接頭，其特征是所述內(nèi)密封弧面 (14)為凹弧面，所述外密封弧面(13)為凸弧面時，所述內(nèi)密封弧面(14)及所述外密封弧面(13)與齒型過渡面之間設(shè)置有過渡圓弧，所述外密封弧面(13)的過渡圓弧為3飛mm，所述內(nèi)密封弧面(14)的過渡圓弧大(T2mm。
4.按照權(quán)利要求I所述的特殊圓螺紋高抗扭矩管接頭，其特征是所述內(nèi)密封端弧面 (16)與所述內(nèi)密封弧面(14)之間設(shè)置有內(nèi)密封面內(nèi)圓角(18);所述外密封端弧面(15)與所述外密封弧面(13)之間設(shè)置有外密封面外圓角(17)。
5.按照權(quán)利要求4所述的特殊圓螺紋高抗扭矩管接頭，其特征是所述內(nèi)密封面內(nèi)圓角(18)的半徑為O. 2"O. 5mm,所述外密封面外圓角(17)的半徑比所述內(nèi)密封面內(nèi)圓角(18) 的半徑大0 lmm。
6.按照權(quán)利要求I所述的特殊圓螺紋高抗扭矩管接頭，其特征是所述內(nèi)密封端弧面 (16 )與所述中間柱面(22 )的內(nèi)壁之間設(shè)置有內(nèi)密封面外圓角(20 )，所述內(nèi)密封面外圓角 (20)為 O. 2 O. 5臟。
7.按照權(quán)利要求I所述的特殊圓螺紋高抗扭矩管接頭，其特征是所述內(nèi)密封弧面(14)的長度為l(T20mm，弧面半徑為4(T60mm，所述外密封弧面(13)的長度及弧面半徑與所述內(nèi)密封弧面(14)的相同。
8.按照權(quán)利要求I所述的特殊圓螺紋高抗扭矩管接頭，其特征是所述內(nèi)密封端弧面(16)的厚度為5 15mm，弧面半徑為4 10_，所述外密封端弧面(15)的厚度及弧面半徑與所述內(nèi)密封端弧面(16)的相同。
9.按照權(quán)利要求I所述的特殊圓螺紋高抗扭矩管接頭，其特征是所述螺紋(4)的螺距(11)為6.5牙/英寸 4牙/英寸，其牙型齒高(5)為I. 5 2. 5mm。
10.按照權(quán)利要求I或9所述的特殊圓螺紋高抗扭矩管接頭，其特征是所述螺紋(4) 的齒底圓弧(8)及齒頂圓弧(9)的半徑為O. 2(Tl. 0mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種特殊圓螺紋高抗扭矩管接頭，包括通過螺紋連接的接箍及管體，螺紋的牙型為帶有圓弧齒頂及圓弧齒底的特殊圓螺紋，其導向面牙側(cè)角與承載面牙側(cè)角不同；接箍內(nèi)壁的中部設(shè)置有中間柱面，中間柱面的兩端面與管體的端部之間分別設(shè)置有金屬密封結(jié)構(gòu)，金屬密封結(jié)構(gòu)包括內(nèi)密封面及外密封面；內(nèi)密封面包括設(shè)置在中間柱面端面與接箍內(nèi)螺紋端部之間的內(nèi)密封弧面及與內(nèi)密封弧面垂直的內(nèi)密封端弧面；外密封面包括設(shè)置在管體端部外壁上的外密封弧面及與外密封弧面垂直的外密封端弧面。本發(fā)明采用非對稱的特殊圓螺紋，且設(shè)置有雙圓弧型金屬密封結(jié)構(gòu)，強度高，密封性能好，抗扭矩性能和抗彎曲能力高。
文檔編號E21B17/02GK102587842SQ20121008379
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者馮波, 徐文, 朱建國, 耿玉娟, 閆永軍 申請人:無錫西姆萊斯石油專用管制造有限公司