專利名稱：油管套管聯(lián)接螺紋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及油井完井過(guò)程中的套管聯(lián)接及油井采油過(guò)程中的油管聯(lián)接。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)度相等的新型聯(lián)接螺紋。
背景技術(shù)：
近幾十年來(lái)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(lái)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，另外國(guó)內(nèi)有些作法在金屬對(duì)金屬的密封結(jié)構(gòu)中，將金屬圓滑凸起設(shè)在公接頭前端，由于API螺紋是錐度螺紋，螺紋后端壁厚、前端壁薄，設(shè)計(jì)在前端由于壁薄很容易發(fā)生損壞，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。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型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)密封的新型石油螺紋。
技術(shù)方案本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是1、對(duì)于不同公稱直徑的油管聯(lián)接螺紋，在聯(lián)接處采用該公稱直徑所對(duì)應(yīng)的外加厚油管螺紋聯(lián)接。對(duì)于不同公稱直徑的套管聯(lián)接螺紋，采用比該公稱直徑大12.7mm的套管螺紋聯(lián)接。
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。
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的密封和聚四氟乙烯O形膠圈密封。
5、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，一端上好母接頭。
有益效果本實(shí)用新型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(114.32-101.62)×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(114.32-98.32)×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＝41.944×103×9.8N。即質(zhì)量為41.944t。兩方案比較，原方案多用鋼材為41.944t-33.8t＝8.144t。則新方案節(jié)約成本為(41.944t-33.8t)×0.53萬(wàn)元/t＝4.1萬(wàn)元。顯然當(dāng)油井深度增大及油管或套管公稱直徑增大時(shí)，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(wèn)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范圍為127.4至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“黑皮螺紋”，使螺紋存在缺欠和缺陷。鋼廠在解決上述問(wèn)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(lái)解決“黑皮螺紋”問(wèn)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(wèn)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。
顯然在實(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)增加，所以，目前大多數(shù)鋼廠沒(méi)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(lái)的1.3/0.7＝1.86倍。
以下結(jié)合附


圖1進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)。
圖1是本實(shí)用新型的結(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)接方法與本
圖1相同。
圖1中的管體[1]與公接頭[3]采用摩擦焊接；公接頭[3]絲扣尾部設(shè)有金屬圓滑凸起[4]和O形膠圈盤根槽，槽內(nèi)安裝聚四氟乙烯O形膠圈[5]；金屬圓滑凸起[4]與母接頭[6]配合處采用過(guò)盈配合，從而產(chǎn)生超過(guò)密封壓力的接觸應(yīng)力，由此達(dá)到密封；O形膠圈盤根槽的結(jié)構(gòu)與母接頭[6]的金屬配合處采用動(dòng)配合；API螺紋[7]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[4]與母接頭[6]配合是屬于金屬對(duì)金屬的切點(diǎn)密封、聚四氟乙烯O形膠圈[5]結(jié)構(gòu)屬于O形膠圈密封、API螺紋[7]屬于API螺紋密封。因此
圖1提供結(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，變化范圍一般可達(dá)0～8mm，因此母接頭[6]的端部另留有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[4]不外露，仍處在母接頭[6]的端部柱面內(nèi)得到保護(hù)。金屬圓滑凸起[4]及聚四氟乙烯O形膠圈[5]與母接頭[6]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[3]的抗拉危險(xiǎn)斷面發(fā)生在聚四氟乙烯O形膠圈[5]的盤根槽內(nèi)，由此將盤根槽的最小直徑設(shè)計(jì)為略大于管體本身外徑0.5mm以上，并且盤根槽的底角和上部梭角均采用圓滑過(guò)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。
另外為保證螺紋聯(lián)接強(qiáng)度與管體抗拉強(qiáng)度相等，公接頭的材質(zhì)抗拉強(qiáng)度可略比管體抗拉強(qiáng)度高一些，但公接頭材質(zhì)的含碳量必須控制在具有良好可焊性能所要求的范圍內(nèi)。
具體實(shí)施方式
本技術(shù)方案的鋼管公接頭[3]采用預(yù)先加厚并加工好，之后再與管體[1]摩擦焊接，公接頭[3]的加工由于長(zhǎng)度很短，特別適合數(shù)控車床加工，這樣做無(wú)疑會(huì)大幅提高螺紋的聯(lián)接強(qiáng)度和螺紋的加工精度，聯(lián)接螺紋均為優(yōu)質(zhì)螺紋，并且母接頭[6]也用數(shù)控車床加工，同樣也是優(yōu)質(zhì)母接頭[6]。公接頭[3]與管體[1]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[3]與管體[1]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)；公接頭[3]和母接頭[6]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[3]和母接頭[6]的材質(zhì)可比管體[1]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。
本實(shí)用新型也可采用油管和套管的一端摩擦焊接一個(gè)公接頭[3]，其另一端摩擦焊接母接頭[6]，此時(shí)，母接頭[6]一端縮徑到與管體[1]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[3]。但是此方案的缺點(diǎn)是，油套管維修不方便，并且母接頭[6]的毛坯需進(jìn)行鍛造處理，母接頭結(jié)構(gòu)與本技術(shù)方案結(jié)構(gòu)相同，顯然此技術(shù)方案也落在本實(shí)用新型的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種油管套管聯(lián)接螺紋包括管體、摩擦焊口、公接頭、金屬圓滑凸起、聚四氟乙烯O形膠圈、母接頭及API螺紋，其特征在于管體[1]與公接頭[3]采用摩擦焊接，公接頭[3]的API螺紋尾部設(shè)有金屬圓滑凸起[4]和O形膠圈盤根槽，槽內(nèi)安裝聚四氟乙烯O形膠圈[5]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油管套管聯(lián)接螺紋，其特征在于對(duì)于不同公稱直徑的油管公接頭[3]與母接頭[6]的聯(lián)接螺紋，采用與該對(duì)應(yīng)公稱直徑所對(duì)應(yīng)的API外加厚螺紋聯(lián)接；對(duì)于不同公稱直徑套管公接頭[3]與母接頭[6]的聯(lián)接螺紋，采用比該對(duì)應(yīng)公稱直徑大12.7mm的對(duì)應(yīng)的API螺紋聯(lián)接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種油管套管聯(lián)接螺紋，它用于油井的完井和采油過(guò)程中的油管聯(lián)接和套管聯(lián)接。該實(shí)用新型只是將油井油管和套管的端部聯(lián)接處采用API外加厚螺紋聯(lián)結(jié)，其余部分內(nèi)外徑保持不變，并在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)度相等的，并具有多重優(yōu)質(zhì)密封的新型螺紋。它由管體、摩擦焊口、公接頭、金屬圓滑凸起、聚四氟乙烯O形膠圈、母接頭及API螺紋所組成。管體與公接頭采用摩擦焊接。
文檔編號(hào)F16L15/04GK2743656SQ20042008694
公開日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2004年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月27日
發(fā)明者孟祥湖 申請(qǐng)人:孟祥湖