專利名稱：緩解應力集中作業(yè)油管接頭的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種螺紋接頭，屬于石油油管螺紋連接技術領域。
背景技術：
油套管是井下油氣鉆采中不可或缺的且是用量很大的部分，其質量好壞直接 影響到鉆采作業(yè)的成敗和油氣井的壽命。而螺紋連接同套管柱一起在油氣井中長 期承受拉伸、壓縮、彎曲、內壓、外壓及溫度等產生的復合應力的考驗，螺紋連 接質量的好壞，將直接影響油氣井的使用壽命。可見套管中受力最薄弱的部分就 是螺紋連接處，經調查油套管失效事故約64%發(fā)生在螺紋連接處(國內則高達 86%)。
目前油套管連接螺紋主要可分為兩類 一類是API (即American Petroleum Institute)螺紋接頭即符合美國石油學會API標準的螺紋接頭。API螺紋早在20 世紀初問世以來一直受到廣泛的關注和應用，為了適應各種工況的需要，相繼開 發(fā)出了短圓螺紋、長圓螺紋、偏梯形螺紋、直連型螺紋等形式。這種接頭的優(yōu)點 是技術成熟、易于加工、檢測互換性好、而且生產成本較低，但是隨著石油鉆井 的深度進一步增加，油井環(huán)境變得更惡劣(如出現含腐蝕性氣體的油井及高壓油 井)，其性能開始不能滿足油井的需要，特別是在密封性和強度方面存在一定問 題。圓螺紋接頭的連接處只能承受相當于管體斷裂強度的60%—80%的拉伸載 荷，偏梯形螺紋接頭的密封性只相當于管體的30%左右，連接強度低、密封性 能不可靠、上扣控制難、接頭應力水平高、耐腐蝕性能差等缺點都限制了 API 螺紋的應用。 發(fā)明內容
本實用新型螺紋接頭針對目前技術的不足，提供了一種具有緩解應力集中接 頭的油套管接頭，減輕螺紋應力集中現象，提高接頭抗扭強度，解決了有套管在 井下復雜工況中容易出現的粘扣、脫扣等容易發(fā)生的問題，大大延長了接頭的實 用壽命的高密封高強度螺紋接頭。本實用新型接頭可用于反復使用的作業(yè)油管， 也可用于天然氣井及高壓油井的開采。 本實用新型是通過以下技術方案實現的
一種緩解應力集中作業(yè)油管接頭，由管體1和管體7通過螺紋擰接組成，其特征在于，所述的接頭為錐度為1:20的錐管螺紋接頭，管體1端部墩粗處理外 加厚(外徑脹大，內徑不變)，具有位于徑向向外的直角臺肩6與一個徑向向內 的15。臺肩2之間、軸向延伸的加工內螺紋4，在15°臺肩2和加工內螺紋4之 間設置有一個前端密封錐面3;管體7端部墩粗處理外加厚(外徑脹大，內徑不 變)，具有位于徑向向外的直角臺階8與徑向向內的15。臺階13之間、軸向延伸 的加工外螺紋U，在15°臺階13和加工外螺紋11之間設置有一個前端密封錐面 12;所述接頭擰緊后，管體1上的密封錐面3與管體7上的密封錐面12緊密接 觸，形成過盈配合，同時直角臺肩6與8、 15°臺肩2與15。臺階13也形成過盈 配合；加工內螺紋4與加工外螺紋11的齒高相等，管體7上靠近直角臺肩8的 三個加工外螺紋短齒螺紋10的齒高小于其他的螺紋齒的齒高。
上述技術方案中，加工內螺紋4、加工外螺紋11、加工外螺紋短齒螺紋(10) 的形狀為偏梯形，三個短齒螺紋10的齒高為0.8-1.02 mm，余下的加工外螺紋 11和加工內螺紋4的齒高均為l-1.22mm，加工外螺紋螺距為4.2-4.5mm,加工 內螺紋螺距為4.1-4.4mm,加工外螺紋螺距始終比加工內螺紋螺距大0.1 mm， 螺紋承載面角a為3°—5°，導向面角0為8°—10°。
上述技術方案中，密封錐面3、 12的錐度均為1: 7。
本實用新型的管體經墩粗處理，并且采用了連接效率更高的偏梯形螺紋形 式，因此，連接強度高，接頭連接強度超過了管體強度。
本實用針對應力集中現象新型設計有扭矩臺肩與不等高齒高，接頭擰緊后， 15。臺肩2與13、直角6與8緊密接觸， 一方面起到了上扣定位作用，同時兩個 扭矩臺肩也分擔了很大的上扣扭矩，因此，降低了螺紋部分的峰值應力，緩和了 螺紋的應力集中現象；同時由于外螺紋與內螺紋嚙合后前三個螺紋的受力比較 大，容易發(fā)生應力集中現象，所以降低其齒高降低其也能降低峰值應力，使受力 更均勻，內外螺紋的不等螺距對降低螺紋齒嚙合時的應力也起到一定作用，設計 不等高齒、不等螺距以及扭矩臺肩，這種接頭不易發(fā)生粘扣，使用壽命大大延長。 有益效果
與現有技術相比，本實用新型有顯著進歩，具體表現在
l)降低外螺紋前三個螺紋高度、內外螺紋不等螺距、增加兩個扭矩臺肩，使嚙合處的齒高大大緩解了螺紋應力集中現象，使螺紋的受力更均勻，改善了螺紋 粘扣現象，實用壽命長；
2) 前端部相鄰的第一個外螺紋徑向向外'延伸到與所述基部相鄰的最后一個 外螺紋處的錐度為1: 20，改善螺紋應力集中以及增強抗扭性能；
3) 增加兩個扭矩臺肩，抗過扭矩能力強；
4) 采用了錐面/錐面密封結構，具有良好的氣密封性能；
5) 螺紋采用連接改進的偏梯形螺紋形式，連接部位的兩端均形成緊密結合， 使載荷分散，改善應力集中，螺紋連接效率高。


圖l是緩解應力集中的作業(yè)油管接頭整體示意圖。其中，1、 7:管體。 圖2緩解應力集中作業(yè)油管接頭的管體示意圖。其中，1、 7:管體，2、 13: 15° 臺肩，3、 12:密封錐面，4:加工內螺紋，5、 9:基部，6、 8:直角臺肩，10: 加工外螺紋短齒螺紋，11:加工外螺紋。
圖3短齒螺紋示意圖。其中，a:螺紋承載面角為，f3:導向面角。 圖4加工內螺紋示意圖。其中，a:螺紋承載面角為，0:導向面角。 圖5加工內螺紋示意圖。其中，a:螺紋承載面角為，0:導向面角。
具體實施方式

下面通過附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一歩闡述。
本設計的實施例是用于088. 9X9. 52mm的油管，鋼級為N80。管體(7)的 外徑為88. 9mm，內徑為69. 86隱，壁厚為9. 52mm。管體墩粗后，外徑為107. 95mm， 內徑仍為69.86mm。外螺紋前三個螺紋的齒高為1.02mm，外螺紋其余齒高為 1. 22隱，內螺紋的齒高1. 22mm，導向面角度10"，承載面角度3"，外螺紋的螺距是 4.2342mm，內螺紋的螺距是4. 2242mm，內外螺紋都進行磷化處理。該接頭螺紋齒 受力相對比較均勻，能有效緩解應力集中，大大延長接頭壽命。同時其連接強度 高于管體，密封性能良好。
權利要求1、一種緩解應力集中作業(yè)油管接頭，由管體(1)和管體(7)通過螺紋擰接組成，其特征在于，所述的接頭為錐度為1:20的錐管螺紋接頭，管體(1)端部墩粗處理外加厚，具有位于徑向向外的直角臺肩(6)與一個徑向向內的15°臺肩(2)之間、軸向延伸的加工內螺紋(4)，在15°臺肩(2)和加工內螺紋(4)之間設置有一個前端密封錐面(3)；管體(7)端部墩粗處理外加厚，具有位于徑向向外的直角臺階(8)與徑向向內的15°臺階(13)之間、軸向延伸的加工外螺紋(11)，在15°臺階(13)和加工外螺紋(11)之間設置有一個前端密封錐面(12)；所述接頭擰緊后，管體(1)上的密封錐面(3)與管體(7)上的密封錐面(12)緊密接觸，形成過盈配合，同時直角臺肩(6)與(8)、15°臺肩(2)與15°臺階(13)也形成過盈配合；加工內螺紋(4)和加工外螺紋(11)的齒高相等，管體(7)上靠近直角臺肩(8)的三個短齒螺紋(10)的齒高小于其他的螺紋齒的齒高。
2、 一種如權利要求1所述的緩解應力集中作業(yè)油管接頭，其特征在于，加 工內螺紋(4)、加工外螺紋(11)、加工外螺紋短齒螺紋(10)的形狀為偏 梯形。
3、 一種如權利要求1所述的緩解應力集中作業(yè)油管接頭，其特征在于，短 齒螺紋(10)齒高為0.8-1.02 mm,余下的加工外螺紋(11)和加工內螺紋(4)的齒高均為l-1.22mm，加工外螺紋螺距為4.2-4.5mm，加工內螺紋螺 距為4.1-4.4mm，螺紋承載面角a為3°—5°，導向面角P為8°—10°。
4、 一種如權利要求1所述的緩解應力集中的作業(yè)油管接頭，其特征在于， 密封錐面(3)、 (12)的錐度均為l: 7。
專利摘要本實用新型緩解應力集中作業(yè)的油管接頭，是一種錐度為1∶20的錐管螺紋接頭，由具有外螺紋的管體1和具有與之匹配的內螺紋的管體7組合而成。外螺紋接頭具有3個齒高小于其他螺紋的短齒螺紋，管體1、7的徑向向外的直角臺肩、徑向向內的15°臺肩相互過盈配合，同時管體1與管體7上的密封錐面也形成過盈配合。本實用新型的設計明顯提高了作業(yè)管接頭的密封性能，同時不等高螺紋提高了接頭的連接強度，又起到吸收扭矩的作用，緩解了接頭應力集中。其抗粘扣性能好，使用壽命長，適宜作為作業(yè)油管使用。
文檔編號E21B17/02GK201254959SQ20082015092
公開日2009年6月10日 申請日期2008年7月17日 優(yōu)先權日2008年7月17日
發(fā)明者蔡曉聞, 高連新 申請人:華東理工大學