專利名稱：帶楔形密封環(huán)的螺紋連接結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石油、化工、地?zé)峒疤烊粴獾V藏的勘探或開采使用的套管和油管的密封連接結(jié)構(gòu)，特別是一種在石油套管的接箍內(nèi)部具有獨(dú)立密封環(huán)的帶楔形密封環(huán)的螺紋連接結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
API偏梯形螺紋雖然比API圓螺紋具有較高的抗滑脫性能，但密封性能差是其最大的不足。隨著自然界中油、氣資源的逐漸減少，開采難度越來越大，API螺紋已不能適應(yīng)高壓油氣井的技術(shù)要求。為了解決這一問題，許多種套管和油管的設(shè)計(jì)采用了在接箍的中部與管端部增加一組相互配合的錐形密封面，并在臨近錐形密封面的位置設(shè)計(jì)有扭矩臺肩。這種設(shè)計(jì)雖然能夠解決API偏梯形螺紋密封性能差的問題，但由于錐形密封面和扭矩臺肩與兩側(cè)的螺紋同時(shí)集成在接箍上，因此存在著工藝性能差、難于加工和原料消耗較大的問題。從而需要一種既可以用錐形密封面和扭矩臺肩來實(shí)現(xiàn)連接的密封性，同時(shí)具有良好的加工工藝性，易于加工，并且可以降低原料消耗和提高生產(chǎn)效率的新型套管連接方式。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種使用于石油及天然氣礦藏的勘探或開采使用的套管和油管，以及任何可能遇到的相同問題如地?zé)?、化工等行業(yè)的管子的接箍內(nèi)部帶楔形密封環(huán)的螺紋連接結(jié)構(gòu)。這種連接方式，既可以用錐形密封面和扭矩臺肩來實(shí)現(xiàn)連接的密封性，同時(shí)具有良好的加工工藝性，易于加工，并且可以降低原料消耗和提高生產(chǎn)效率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是提供一種帶楔形密封環(huán)的螺紋連接結(jié)構(gòu)，它包括兩端帶有內(nèi)螺紋的接箍及兩支帶有外螺紋和錐形密封面及扭矩臺肩的管子，其特征是在所述連接兩支管子的接箍的中部設(shè)有一個(gè)帶有錐形密封面和扭矩臺肩的楔形密封環(huán)，其外表面為圓柱形表面，內(nèi)表面亦為圓柱形表面，外表面和內(nèi)表面之間是錐形密封面和扭矩臺肩，錐形密封面的表面為一個(gè)與二管子螺紋同軸的內(nèi)圓錐表面，在兩側(cè)管子端部的錐形密封面與楔形密封環(huán)的錐形密封面形成過盈配合。
所述二管子公端采用API偏梯形螺紋的牙形，除退刀區(qū)域外，全部螺紋為全頂螺紋，管子最前端是扭矩臺肩，錐形密封面的表面為一與管子外螺紋同軸的外圓錐表面，管端是不加厚的或外加厚的。
所述管子前端面的扭矩臺肩的表面是垂直于管子軸線的平面或與管子同軸的錐面，錐面的錐角大于150度小于180度，錐面是圓錐的內(nèi)表面。
所述管子前端面的錐形密封面的表面為一個(gè)與管子外螺紋同軸的外圓錐表面，其錐度通常為1/14～1/8。
所述接箍兩端設(shè)有帶有API偏梯扣牙形的全頂內(nèi)螺紋，其長度自接箍端面向內(nèi)＜半個(gè)接箍長度的三分之二，≮半個(gè)接箍長度的二分之一，接箍靠近中間段為非全頂螺紋，其齒頂在一與螺紋同心的內(nèi)圓柱面上，螺紋在內(nèi)圓柱面上消失，接箍中間段為螺紋的內(nèi)圓柱表面，此即非全頂螺紋的齒頂面。
所述錐形密封面的錐度通常為1/14～1/8。
所述扭矩臺肩的表面是垂直于管子軸線的平面或與管子同軸的錐面，錐面的錐角大于150度小于180度，錐面為圓錐的外表面。
本實(shí)用新型的有益效果是本結(jié)構(gòu)依靠楔形環(huán)及其相關(guān)部件，在其兩側(cè)的API偏梯形螺紋機(jī)緊的狀態(tài)下，產(chǎn)生的被控制在彈性變形范圍以內(nèi)的徑向和軸向變形，形成對管路所輸送介質(zhì)的密封效果。楔形環(huán)的材質(zhì)采用與管體相同或不相同的材質(zhì)。本設(shè)計(jì)區(qū)別于接箍中部帶有臺肩的密封方式，具有以下特點(diǎn)和優(yōu)異之處。
其一是解決了接箍不易于加工的問題，接箍的內(nèi)圓柱形表面的加工難度要大大低于加工雙側(cè)的密封錐面和扭矩臺肩。
其二是由于接箍中部不用設(shè)置密封錐面和臺肩，可以大大減小接箍原料的厚度，使接箍的中間部分和螺紋部分的切削量大大降低，而且楔形環(huán)可以在異處事先加工，從而提高了生產(chǎn)效率。并使得加工的成材率得到提高。
其三是本結(jié)構(gòu)的楔形環(huán)和管體、接箍允許采用不同的材質(zhì)，可以通過不同材質(zhì)的結(jié)合，將可能發(fā)生的因粘連造成的破壞集中在楔形環(huán)上，從而可以有效地保護(hù)管端的密封錐面和臺肩。因粘連破壞的楔形環(huán)可以很容易地得到更換，從而提高了連接操作的成功率。
其四是由于楔形環(huán)作為連接母端的密封錐面和臺肩的載體與作為連接母端的API偏梯形螺紋的載體的接箍是分離的。所以當(dāng)在連接操作即螺紋機(jī)緊過程中出現(xiàn)公端與母端密封錐面的配合，和公端與母端螺紋的配合不相匹配的情況時(shí)，有可能通過更換不同尺寸的楔形環(huán)來調(diào)整，使之相匹配。


圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的接箍結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型的管子公端結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型的楔形環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、接箍 2、管子A的端部 3、管子B的端部 4、楔形環(huán)具體實(shí)施方式
現(xiàn)參照附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型的帶楔形密封環(huán)的螺紋連接結(jié)構(gòu)加以說明。
本實(shí)用新型的帶楔形密封環(huán)的螺紋連接結(jié)構(gòu)，如圖1、3所示，它包括一個(gè)兩端帶有內(nèi)螺紋的接箍1及兩支帶有外螺紋和錐形密封面及扭矩臺肩的管子A、B，在所述連接兩支管子A、B的接箍1的中部設(shè)有一個(gè)帶有錐形密封面4-2和扭矩臺肩4-3的楔形密封環(huán)4，在擰緊位置雙側(cè)管子A、B端部的錐形密封面3′與楔形密封環(huán)4的錐形密封面4-2形成過盈配合。
管子A、B公端采用API偏梯形螺紋1′的牙形，除退刀區(qū)域外，全部螺紋為全頂螺紋，管子A、B最前端是扭矩臺肩4′，錐形密封面3′的表面為一與管子外螺紋同軸的外圓錐表面，管端是不加厚的或外加厚的。在管子A、B前端面的扭矩臺肩4′的表面是垂直于管子軸線的平面或與管子同軸的錐面，錐面的錐角大于150度小于180度，錐面是圓錐的內(nèi)表面。管子A、B前端面的錐形密封面3′的表面為一與管子外螺紋同軸的外圓錐表面，其錐度通常為1/14～1/8。
如圖2所示，所述接箍1兩端設(shè)有帶有API偏梯扣牙形的全頂內(nèi)螺紋1-1′，其長度自接箍1端面向內(nèi)＜半個(gè)接箍長度的三分之二，≮半個(gè)接箍長度的二分之一，接箍靠近中間段為非全頂螺紋1-2′，其齒頂在一與螺紋同心的內(nèi)圓柱面上，螺紋在內(nèi)圓柱面上消失，接箍中間段為螺紋的內(nèi)圓柱表面1-3′，此即非全頂螺紋的齒頂面。
如圖4所示，所述楔形密封環(huán)4外表面4-1為圓柱形表面，內(nèi)表面4-5亦為圓柱形表面，外表面和內(nèi)表面之間是錐形密封面4-2和扭矩臺肩4-3。楔形密封環(huán)4外表面4-1的尺寸與接箍1的相關(guān)尺寸為沒有過盈的配合。錐形密封面4-2的表面為一與管子A、B螺紋同軸的內(nèi)圓錐表面，其錐度通常為1/14～1/8。
扭矩臺肩4-3的表面是垂直于管子A、B軸線的平面或與管子同軸的錐面，錐面的錐角大于150度小于180度，錐面為圓錐的外表面。
管子A、B和楔形密封環(huán)4的扭矩臺肩4-3是雙側(cè)相抵接，也可以是只有一側(cè)相抵接。
本實(shí)用新型的帶楔形密封環(huán)的螺紋連接是這樣實(shí)現(xiàn)的如圖1所示，管子A端部外螺紋2與接箍1的一端的內(nèi)螺紋旋合；管子B端部外螺紋3與接箍1的另一端的內(nèi)螺紋旋合；在兩個(gè)管子端部之間有一楔形密封環(huán)4。接箍1的結(jié)構(gòu)如圖2所示，接箍1兩端帶有內(nèi)螺紋；螺紋1-1采用API偏梯扣牙形，接箍靠近中間一段為非全頂螺紋1-2，全頂螺紋的長度自接箍端面向內(nèi)不超過半個(gè)接箍長度的三分之二，不小于半個(gè)接箍長度的二分之一，非全頂螺紋的齒頂在一與螺紋同心的內(nèi)圓柱面上，螺紋在內(nèi)圓柱面上消失，接箍中間一段為沒有螺紋的內(nèi)圓柱表面1-3，此表面即非全頂螺紋的齒頂面。管子A、B公端的結(jié)構(gòu)如圖3所示，采用API偏梯形螺紋1′的牙形，除退刀區(qū)域2′外，全部螺紋為全頂螺紋。退刀錐面與管子軸線成12～20度角。最前端是扭矩臺肩4′，扭矩臺肩4′的表面可以是垂直于管子軸線的平面，或是與管子同軸的錐面，錐面的錐角大于150度小于180度，錐面是圓錐的內(nèi)表面。錐形密封面的表面為一與管子外螺紋同軸的外圓錐表面，其錐度通常為1/14～1/8。管端可以是不加厚的也可以是外加厚的。楔形環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖4所示，楔形環(huán)4外表面4-1為圓柱形表面；內(nèi)表面4-5亦為圓柱形表面；外表面和內(nèi)表面之間是錐形密封面4-2和扭矩臺肩4-3，錐形密封面4-2的表面為一與管子螺紋同軸的內(nèi)圓錐表面，其錐度通常為1/14～1/8。扭矩臺肩4-3的表面可以是垂直于管子軸線的平面，或是與管子同軸的錐面，錐面的錐角大于150度小于180度，錐面為圓錐的外表面。接箍的內(nèi)螺紋和管子公端的外螺紋采用API標(biāo)準(zhǔn)的偏梯形螺紋的齒形，其齒形采用如下數(shù)據(jù)齒的承載側(cè)面的角度為3°、導(dǎo)入側(cè)面的角度為10°、螺紋的螺距為0.200英寸、螺紋在螺紋中徑線上的厚度為0.100英寸、螺紋的高度為0.062英寸、螺紋的錐度為0.0625英寸/英寸。管子、接箍和楔形密封環(huán)之問的對應(yīng)位置的幾何形狀和尺寸為設(shè)定的配合尺寸。
兩支管子A和B、一個(gè)楔形密封環(huán)4和一個(gè)接箍1組成本實(shí)用新型的連接結(jié)構(gòu)，如圖1所示，在連接操作過程中，先與接箍1連接的一支管子A旋入接箍時(shí)，當(dāng)管端到達(dá)距接箍中心的預(yù)定位置，旋合螺紋的扭距應(yīng)該達(dá)到預(yù)先設(shè)定的數(shù)值，此時(shí)螺紋部分即產(chǎn)生了預(yù)定的過盈。接箍的內(nèi)圓柱表面與楔形密封環(huán)4的外表面，為同一名義尺寸的無過盈配合。當(dāng)另一支管子B旋入接箍1時(shí)，管端的錐形密封面與楔形密封環(huán)4同一側(cè)的錐形密封面相抵，推動楔形密封環(huán)，使楔形密封環(huán)另一側(cè)的錐形密封面與先旋入接箍1的一支管子A管端的錐形密封面相抵；在管子B繼續(xù)旋入使得雙側(cè)的錐形密封面產(chǎn)生預(yù)設(shè)的過盈，管子和楔形密封環(huán)的扭矩臺肩相抵防止了錐形密封面配合的過盈過大。此時(shí)，管子B與接箍1的螺紋的配合為過盈配合，并被控制在預(yù)定的數(shù)值之內(nèi)。管子的螺紋前端面與楔形密封環(huán)4的端面不相接觸。
權(quán)利要求1.一種帶楔形密封環(huán)的螺紋連接結(jié)構(gòu)，它包括兩端帶有內(nèi)螺紋的接箍及兩支帶有外螺紋和錐形密封面及扭矩臺肩的管子，其特征是在所述連接兩支管子(A、B)的接箍(1)的中部設(shè)有一個(gè)帶有錐形密封面(4-2)和扭矩臺肩(4-3)的楔形密封環(huán)(4)，其外表面(4-1)為圓柱形表面，內(nèi)表面(4-5)亦為圓柱形表面，外表面和內(nèi)表面之間是錐形密封面(4-2)和扭矩臺肩(4-3)，錐形密封面(4-2)的表面為一個(gè)與管子(A、B)螺紋同軸的內(nèi)圓錐表面，在兩側(cè)管子(A、B)端部的錐形密封面(3′)與楔形密封環(huán)(4)的錐形密封面(4-2)形成過盈配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶楔形密封環(huán)的螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征是所述管子(A、B)公端采用API偏梯形螺紋(1′)的牙形，除退刀區(qū)域外，全部螺紋為全頂螺紋，管子(A、B)最前端是扭矩臺肩(4′)，錐形密封面(3′)的表面為一與管子外螺紋同軸的外圓錐表面，管端是不加厚的或外加厚的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶楔形密封環(huán)的螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征是所述管子(A、B)前端面的扭矩臺肩(4′)的表面是垂直于管子軸線的平面或與管子同軸的錐面，錐面的錐角大于150度小于180度，錐面是圓錐的內(nèi)表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶楔形密封環(huán)的螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征是所述管子(A、B)前端面的錐形密封面(3′)的表面為一與管子外螺紋同軸的外圓錐表面，其錐度通常為1/14～1/8。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶楔形密封環(huán)的螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征是所述接箍(1)兩端設(shè)有帶有API偏梯扣牙形的全頂內(nèi)螺紋(1-1′)，其長度自接箍(1)端面向內(nèi)＜半個(gè)接箍長度的三分之二，≮半個(gè)接箍長度的二分之一，接箍靠近中間段為非全頂螺紋(1-2′)，其齒頂在一個(gè)與螺紋同心的內(nèi)圓柱面上，螺紋在內(nèi)圓柱面上消失，接箍中間段為螺紋的內(nèi)圓柱表面(1-3′)，此即非全頂螺紋的齒頂面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶楔形密封環(huán)的螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征是錐形密封面(4-2)的表面錐度通常為1/14～1/8。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶楔形密封環(huán)的螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征是扭矩臺肩(4-3)的表面是垂直于管子(A、B)軸線的平面或與管子同軸的錐面，錐面的錐角大于150度小于180度，錐面為圓錐的外表面。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種帶楔形密封環(huán)的螺紋連接結(jié)構(gòu)，包括兩端帶有內(nèi)螺紋的接箍及兩支帶有外螺紋和錐形密封面及扭矩臺肩的管子，在所述連接兩支管子的接箍的中部設(shè)有一個(gè)帶有錐形密封面和扭矩臺肩的楔形密封環(huán)，其外表面為圓柱形表面，內(nèi)表面亦為圓柱形表面，外表面和內(nèi)表面之間是錐形密封面和扭矩臺肩，錐形密封面的表面為一個(gè)與二管子螺紋同軸的內(nèi)圓錐表面，在兩側(cè)管子端部的錐形密封面與楔形密封環(huán)的錐形密封面形成過盈配合。有益效果是該結(jié)構(gòu)在其兩側(cè)的API偏梯形螺紋機(jī)緊的狀態(tài)下，形成對管路所輸送介質(zhì)的密封效果，解決了接箍不易于加工之難，提高了生產(chǎn)效率及加工的成材率。楔形環(huán)可有效地保護(hù)管端錐面和臺肩粘連破壞，容易更換。
文檔編號F16L15/00GK2744914SQ200420028489
公開日2005年12月7日 申請日期2004年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月10日
發(fā)明者張志強(qiáng), 邱鋒, 王春河, 孫一清, 張軍, 徐志謙, 屈強(qiáng) 申請人:天津鋼管有限責(zé)任公司