一種抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭。由內(nèi)螺紋件和外螺紋件兩部分組成，內(nèi)螺紋件包括第一外臺(tái)肩面、第一圓柱孔、與楔形橡膠圈相配合的圓錐孔、第二外臺(tái)肩面、圓錐孔、外螺紋、內(nèi)螺紋大端密封錐面、第二圓柱孔、內(nèi)臺(tái)肩面、內(nèi)螺紋密封圈凹槽；內(nèi)臺(tái)肩面與第二圓柱孔、第二外臺(tái)肩面與圓錐孔依次過渡連接；外螺紋件包括楔形橡膠密封圈、第一外臺(tái)肩面、第一圓柱面、橡膠密封圈安裝圓柱面、第二外臺(tái)肩面、應(yīng)力減輕槽、外螺紋、外螺紋鼻端密封錐面、第二圓柱面、內(nèi)臺(tái)肩面、外螺紋密封圈凹槽、金屬密封圈。它具有內(nèi)、外密封結(jié)構(gòu)，內(nèi)外螺紋嚙合后可對(duì)接頭實(shí)現(xiàn)雙向密封，提高了鉆柱系統(tǒng)在承受拉伸和彎曲載荷時(shí)的密封可靠性，具有很好的氣密封性能；適用于高壓、超高壓井、定向井、大位移井、水平井等復(fù)雜井況油氣資源的開采。
【專利說明】一種抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于油井管螺紋連接【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及的是一種石油、天然氣開采用鉆桿接頭，尤其是一種抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭。

【背景技術(shù)】
[0002]一根根鉆桿由鉆桿接頭相連接，用于輸送鉆井液，因此鉆桿接頭應(yīng)具有較好的液體密封性能，同時(shí)由于測(cè)井的需要，對(duì)接頭的氣密封性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)螺紋接頭由于結(jié)構(gòu)原因，嚙合齒間存在螺旋型的泄露通道，對(duì)此主要依靠螺紋脂密封，但因未對(duì)泄露通道進(jìn)行有效的阻隔，螺紋脂會(huì)發(fā)生外流，同時(shí)高溫高壓顯著降低了其密封性能。對(duì)此八?I接頭采用了單臺(tái)肩相互擠壓的密封形式，這種結(jié)構(gòu)僅對(duì)外環(huán)空進(jìn)行了密封，未能阻擋內(nèi)部高溫高壓鉆井液對(duì)螺紋牙的侵蝕，同時(shí)拉伸與彎曲載荷會(huì)造成臺(tái)肩面分離，使密封失效。
[0003]為了提高接頭的密封性能，美國格蘭特公司研發(fā)設(shè)計(jì)了雙臺(tái)肩接頭，但仍未能有效解決拉伸載荷造成的泄露問題；專利⑶201826771 口在雙臺(tái)肩的一端增加了金屬錐面密封結(jié)構(gòu)，改善了內(nèi)臺(tái)肩的密封性能，但鉆井液仍能通過內(nèi)臺(tái)肩間隙對(duì)密封錐面形成沖刷腐蝕，其密封結(jié)構(gòu)的壽命得不得有效保障。同時(shí)在彎曲載荷的作用下，外臺(tái)肩存在張開趨勢(shì)，也會(huì)引起泄露。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭，它主要用于解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，該接頭吸收了傳統(tǒng)接頭技術(shù)成熟、加工簡便的優(yōu)點(diǎn)，在內(nèi)螺紋大端與公螺紋鼻端增加了金屬對(duì)金屬錐面密封，在內(nèi)臺(tái)肩上加工有密封凹槽，并裝有金屬密封圈，內(nèi)臺(tái)肩在拉力作用下脫離接觸后，金屬密封圈發(fā)生彈性回復(fù)變形對(duì)鉆井液起到了阻擋作用，保護(hù)了錐形密封面，內(nèi)密封可靠性大大提高；同時(shí)采用多級(jí)臺(tái)肩及楔形橡膠密封圈對(duì)外環(huán)空進(jìn)行密封，多級(jí)臺(tái)肩的設(shè)計(jì)大大提高了外臺(tái)肩在彎曲載荷作用下的密封可靠性，而楔形橡膠密封圈則降低了外臺(tái)肩對(duì)拉伸載荷的敏感性，保證了拉伸載荷下的密封完整性。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭，由內(nèi)螺紋件和外螺紋件兩部分組成，其特征在于:所述內(nèi)螺紋件包括第一外臺(tái)肩面、第一圓柱孔、與楔形橡膠圈相配合的圓錐孔、第二外臺(tái)肩面、圓錐孔、外螺紋、內(nèi)螺紋大端密封錐面、第二圓柱孔、內(nèi)臺(tái)肩面、內(nèi)螺紋密封圈凹槽；其中，內(nèi)臺(tái)肩面與第二圓柱孔、第二外臺(tái)肩面與圓錐孔依次過渡連接；外螺紋件包括楔形橡膠密封圈、第一外臺(tái)肩面、第一圓柱面、橡膠密封圈安裝圓柱面、第二外臺(tái)肩面、應(yīng)力減輕槽、外螺紋、外螺紋鼻端密封錐面、第二圓柱面、內(nèi)臺(tái)肩面、外螺紋密封圈凹槽、金屬密封圈。
[0006]所述的抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭，其特征在于:所述內(nèi)螺紋件的內(nèi)臺(tái)肩面與第二圓柱孔采用圓弧過渡連接，且圓弧半徑為I，1^為14.2皿；所述外螺紋件的內(nèi)臺(tái)肩面與第二圓柱面采用圓弧過渡連接，且圓弧半徑為05，僅5為0.
[0007]所述的抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭，其特征在于:所述內(nèi)螺紋密封圈凹槽的深度為21，￡1為1.4-1.6111111,寬度為13，13為1~1丨2111111 ；所述外螺紋密封圈凹槽的深度為6，6為
1?1.2臟。
[0008]所述的抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭，其特征在于:所述內(nèi)螺紋件內(nèi)臺(tái)肩面與第二圓柱孔距離為山(1為3.所述外螺紋件內(nèi)臺(tái)肩面與第二圓柱面距離為8，8為
1.5?2臟0
[0009]所述的抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭，其特征在于:所述內(nèi)螺紋大端密封錐面軸向長度為6 0為；所述外螺紋鼻端密封錐面軸向長度為？，？為7~7丨5^ ；所述內(nèi)螺紋大端密封錐面與外螺紋鼻端密封錐面的錐度一致。
[0010]所述的抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭，其特征在于:所述內(nèi)螺紋件第二外臺(tái)肩面與圓錐孔采用圓弧過渡連接，且圓弧半徑為民，民為1.8~2皿；所述橡膠密封圈安裝圓柱面與第二外臺(tái)肩面采用圓弧過渡連接，且圓弧半徑為％，4為1.6-1.8111111。
[0011]所述的抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭，其特征在于:所述與楔形橡膠圈相配合的圓錐孔與楔形橡膠密封圈的錐度一致。
[0012]所述的抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭，其特征在于:所述應(yīng)力減輕槽為半圓，且半徑為尺4，尺4為 0.7-11111110
[0013]通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1、內(nèi)、外螺紋嚙合后，有多達(dá)6處接觸式密封結(jié)構(gòu)，可對(duì)嚙合螺紋牙實(shí)現(xiàn)雙向密封，與傳統(tǒng)八?I接頭相比密封可靠性大大提高。
[0014]2、錐面金屬對(duì)金屬密封結(jié)構(gòu)與楔形橡膠密封圈密封結(jié)構(gòu)對(duì)拉伸載荷的敏感性低，保證了拉伸載荷作用下接頭雙向密封的可靠性。
[0015]3、多級(jí)臺(tái)肩結(jié)構(gòu)的抗彎曲性能優(yōu)良，解決了雙臺(tái)肩接頭在彎曲載荷作用下外臺(tái)肩張開引起泄露的技術(shù)難題。
[0016]4、金屬密封圈在上扣扭矩作用下被壓縮，在拉伸載荷的作用下內(nèi)臺(tái)肩發(fā)生分離，金屬密封圈隨之發(fā)生彈性回復(fù)變形，阻擋了鉆井液的侵入，有效保護(hù)了密封錐面。
[0017]5、該結(jié)構(gòu)也可用于鉆鋌及其他井下工具接頭中，以提高其密封性能。本發(fā)明適合在高壓、超高壓井、定向井、大位移井及水平井等復(fù)雜鉆井條件下使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是仙I ^038鉆桿接頭示意圖。
[0019]圖2是本發(fā)明抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3是外螺紋件密封錐面、金屬密封圈、密封凹槽及內(nèi)臺(tái)肩的局部放大圖。
[0021]圖4是內(nèi)螺紋件密封錐面、密封凹槽及內(nèi)臺(tái)肩的局部放大圖。
[0022]圖5是外螺紋件楔形橡膠密封圈、多級(jí)臺(tái)肩及應(yīng)力減輕槽的局部放大圖。
[0023]圖6是內(nèi)螺紋件多級(jí)臺(tái)肩、與橡膠密封圈相配合的圓錐孔及過渡圓弧的局部放大圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述，需要指出的是，以下實(shí)施例只是對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容做出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范疇。
[0025]參見圖1至圖6，其中圖1所示為八?I從:38鉆桿接頭示意圖。
[0026]圖2所示為本發(fā)明抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭結(jié)構(gòu)示意圖，該接頭由內(nèi)螺紋件6、外螺紋件21組成。其特征在于，內(nèi)螺紋件6包括第一外臺(tái)肩面13、第一圓柱孔12、與楔形橡膠圈相配合的圓錐孔11、第二外臺(tái)肩面9、圓錐孔8、內(nèi)螺紋7、內(nèi)螺紋大端密封錐面5、第二圓柱孔4、內(nèi)臺(tái)肩面2、內(nèi)螺紋件密封圈凹槽1。外螺紋件21包括楔形橡膠密封圈14、第一外臺(tái)肩面15、第一圓柱面16、橡膠密封圈安裝圓柱面17、第二外臺(tái)肩面19、應(yīng)力減輕槽20、外螺紋22、外螺紋鼻端密封錐面23、第二圓柱面24、內(nèi)臺(tái)肩面25、外螺紋密封圈凹槽26、金屬密封圈27。
[0027]如圖3所示，外螺紋件鼻端加工有密封錐面23，其軸向長度？為7.5.；第二圓柱面24與內(nèi)臺(tái)肩面25的距離8為1.7111111 ；第二圓柱面24與內(nèi)臺(tái)肩面26之間的過渡圓弧尺5為0.8111111 ；外螺紋密封凹槽26的深度6為1.21111110
[0028]如圖4所示，內(nèi)螺紋件大端加工有密封錐面5，其軸向長度0為8111111 ；圓柱孔4與內(nèi)臺(tái)肩面2間的距離(1為3.8111111 ；圓柱孔4與內(nèi)臺(tái)肩面2間的過渡圓弧札為1111111 ；內(nèi)螺紋密封凹槽1的深度￡1為1.5111111，寬度13為1.
[0029]如圖5所示，楔形橡膠密封圈的安裝圓柱面17的軸向長度III為4.3111111 ；圓柱面15與楔形橡膠密封圈的安裝圓柱面17的徑向距離=為0.9皿；楔形橡膠密封圈的安裝圓柱面17與外螺紋件第二外臺(tái)肩間的過渡圓?。?.6111111 ；應(yīng)力減輕槽20的半徑為1？4為0.8111111。
[0030]如圖6所示，與楔形密封面相配合的圓錐孔11與內(nèi)螺紋第二外臺(tái)肩9之間的過渡圓弧長2為1.8111111。
[0031]采用以上實(shí)施參數(shù)，通過有限元數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，該接頭可在承受扭矩、拉伸和彎曲載荷的作用下密封住約103.41？3的內(nèi)壓載荷及68.91？3的外壓載荷，與傳統(tǒng)八?I接頭相比，本發(fā)明不僅使接頭具備了雙向密封能力，且大大提高了其在拉伸與彎曲載荷下的密封可靠性。
[0032]綜上所述僅為本發(fā)明的較佳配置實(shí)例設(shè)備而已，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。即凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應(yīng)為本發(fā)明的技術(shù)范疇。
【權(quán)利要求】
1.一種抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭，由內(nèi)螺紋件(6)和外螺紋件(21)兩部分組成，其特征在于:所述內(nèi)螺紋件(6)包括第一外臺(tái)肩面(13)、第一圓柱孔(12)、與楔形橡膠圈相配合的圓錐孔(11)、第二外臺(tái)肩面(9)、圓錐孔(8)、外螺紋(7)、內(nèi)螺紋大端密封錐面(5)、第二圓柱孔(4)、內(nèi)臺(tái)肩面(2)、內(nèi)螺紋密封圈凹槽(I);其中，內(nèi)臺(tái)肩面(2)與第二圓柱孔(4)、第二外臺(tái)肩面(9)與圓錐孔(8)依次過渡連接；外螺紋件(21)包括楔形橡膠密封圈(14)、第一外臺(tái)肩面(15)、第一圓柱面(16)、橡膠密封圈安裝圓柱面(17)、第二外臺(tái)肩面(19)、應(yīng)力減輕槽(20)、外螺紋(22)、外螺紋鼻端密封錐面(23)、第二圓柱面(24)、內(nèi)臺(tái)肩面(25)、外螺紋密封圈凹槽(26)、金屬密封圈(27)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭，其特征在于:所述內(nèi)螺紋件(6)的內(nèi)臺(tái)肩面(2)與第二圓柱孔(4)采用圓弧過渡連接，且圓弧半徑為R1,札為1~1.2mm ;所述外螺紋件(21)的內(nèi)臺(tái)肩面(25)與第二圓柱面(24)采用圓弧過渡連接，且圓弧半徑為R5,尺5為 0.8~1_。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭，其特征在于:所述內(nèi)螺紋密封圈凹槽(I)的深度為a，a為1.4-1.6mm，寬度為b，b為1~1.2mm ;所述外螺紋密封圈凹槽(26)的深度為e，e為1~1.2_。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭，其特征在于:所述內(nèi)螺紋件內(nèi)臺(tái)肩面(2)與第二圓柱孔(4)距離為d，d為3.5~4mm ;所述外螺紋件內(nèi)臺(tái)肩面(25)與第二圓柱面(24)距離為g，g為1.5~2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭，其特征在于:所述內(nèi)螺紋大端密封錐面(5)軸向長度為c，c為7~8mm ;所述外螺紋鼻端密封錐面(23)軸向長度為f，f為7-7.5mm ;所述內(nèi)螺紋大端密封錐面(5)與外螺紋鼻端密封錐面(23)的錐度一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭，其特征在于:所述內(nèi)螺紋件第二外臺(tái)肩面(9)與圓錐孔(8)采用圓弧過渡連接，且圓弧半徑為R2,民為1.8~2mm ;所述橡膠密封圈安裝圓柱面(17)與第二外臺(tái)肩面(19)采用圓弧過渡連接，且圓弧半徑為R3，R3S1.6?L 8mm ο
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭，其特征在于:所述與楔形橡膠圈相配合的圓錐孔(11)與楔形橡膠密封圈(14)的錐度一致。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗拉彎雙向氣密封鉆桿接頭，其特征在于:所述應(yīng)力減輕槽(20)為半圓，且半徑為R4, &為0.7~lmm。
【文檔編號(hào)】E21B17/042GK104481423SQ201410816845
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月25日
【發(fā)明者】莊泳, 高連新, 袁鵬斌, 周永其 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué), 上海海隆石油鉆具有限公司, 上海海隆石油管材研究所