專利名稱：一種低應(yīng)力高密封性能的油套管用金屬密封接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種低應(yīng)力高密封性能的油套管用金屬密封接頭技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于油套管技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低應(yīng)力高密封性能的油套管用金屬密封接頭。
背景技術(shù)：
[0002]油套管是油氣田勘探開發(fā)中的重要物資基礎(chǔ)，是地下油氣資源通向地面的重要通道。由于服役工況的復(fù)雜，如溫度、井深等日益增加，尤其是隨著各種新鉆井、完井技術(shù)的出現(xiàn)和資源需求所致的超深氣田開發(fā)，常規(guī)API螺紋接頭已經(jīng)滿足不了應(yīng)用要求，具有金屬密封的特殊接頭在油氣開發(fā)中獲得了越來越多的應(yīng)用。目前市場上多數(shù)特殊接頭的設(shè)計(jì)均通過了全尺寸試驗(yàn)驗(yàn)證，但在使用過程中發(fā)現(xiàn)，50%以上的高壓深井超深井的油套管管柱出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，需要花費(fèi)數(shù)千萬元去修井、更換油管接頭。經(jīng)過分析，造成這種現(xiàn)象的主要原因是目前帶金屬密封結(jié)構(gòu)的油套管特殊接頭密封面處的接觸壓力過大，經(jīng)過井下疲勞載荷作用，密封面上產(chǎn)生微損傷；同時(shí)具有過大應(yīng)力的部位在腐蝕性介質(zhì)沖擊下產(chǎn)生腐蝕損傷， 從而使得接頭出現(xiàn)泄漏，油套管之間的環(huán)空壓力增加影響油氣開采安全。發(fā)明內(nèi)容[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供了一種為滿足高壓深井超深井的油套管管柱的服役工況需求而設(shè)計(jì)了一種低應(yīng)力高密封性能的油套管用金屬密封接頭，解決目前常用的特殊接頭在井下出現(xiàn)泄漏、沖擊/應(yīng)力腐蝕損傷等問題，延長井下管柱的使用壽命，降低油氣開采成本。[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種低應(yīng)力高密封性能的油套管用金屬密封接頭，包括有一帶外螺紋3的管體1和帶內(nèi)螺紋9的接箍2，其特點(diǎn)是接箍 2兩端結(jié)構(gòu)相對稱，在接箍2中間的內(nèi)螺紋9的端部有專用于密封的金屬內(nèi)密封面11，內(nèi)螺紋9通過退刀槽10與內(nèi)密封面11相連，與內(nèi)密封面11相鄰的端部設(shè)有內(nèi)扭矩臺(tái)肩14，內(nèi)圓柱面12是從內(nèi)密封面11到內(nèi)扭矩臺(tái)肩14的過渡面，更靠近管體1端部設(shè)有外密封面5， 在管體1的端部設(shè)有外扭矩臺(tái)肩8，外螺紋3與外密封面5之間設(shè)有過渡錐面4，外圓柱面 6是從外密封面5到外扭矩臺(tái)肩8的過渡面，外密封面5的主要密封錐面與管體1的軸向角a為16°，在密封直徑檢測點(diǎn)16左側(cè)0. Imm的轉(zhuǎn)折點(diǎn)17處，外密封面5的密封錐面角 ν為15° 15.8°，內(nèi)密封面11的主要密封錐面與管體1的軸向角b為16°，在密封直徑檢測點(diǎn)15右側(cè)0. Imm的轉(zhuǎn)折點(diǎn)18處，內(nèi)密封面11的密封錐面角y為15° 15. 8°。[0005]所述的外圓柱面6與外扭矩臺(tái)肩8之間的圓角7的半徑為1 1. 3mm,外扭矩臺(tái)肩 8與管體1接頭處的徑向的夾角θ為逆向Γ 3°。[0006]所述的內(nèi)圓柱面12與內(nèi)扭矩臺(tái)肩14之間的圓角13的半徑為0. 4^0. 8mm,內(nèi)扭矩臺(tái)肩14與管接頭徑向的夾角β為逆向1° 3°。[0007]所述的外密封結(jié)構(gòu)包括過渡錐面4、外密封面5、外圓柱面6、圓角7和外扭矩臺(tái)肩 8，其長度L為8 15mm，外密封面5距外扭矩臺(tái)肩8的長度H為4 8mm。[0008]所述的內(nèi)密封結(jié)構(gòu)包括退刀槽10、內(nèi)密封面11、圓柱面12、圓角13和內(nèi)扭矩臺(tái)肩14，其長度K為8 15mm，內(nèi)密封面11距內(nèi)扭矩臺(tái)肩14的長度F為4 8mm。[0009]所述的外密封面5的控制點(diǎn)距端部外扭矩臺(tái)肩8的距離為壙8mm。[0010]所述的起連接作用的外螺紋3、內(nèi)螺紋9為符合API標(biāo)準(zhǔn)的偏梯形螺紋。[0011]所述的內(nèi)密封面11、外密封面5的長度為8 15mm，內(nèi)密封面11的控制點(diǎn)距內(nèi)扭矩臺(tái)肩14為4 8mm，外密封面5的控制點(diǎn)距端部外扭矩臺(tái)肩8的距離為4、mm，所述的外螺紋3與過渡錐面4連接處的螺紋的傾角為30°。[0012]外螺紋3也是按API標(biāo)準(zhǔn)偏梯形螺紋加工而成。[0013]本實(shí)用新型的有益效果是[0014]本實(shí)用新型的效果是在充分利用了成熟的API標(biāo)準(zhǔn)偏梯形螺紋標(biāo)準(zhǔn)及加工技術(shù)， 增加了金屬對金屬的密封結(jié)構(gòu)和上扣連接定位的臺(tái)肩結(jié)構(gòu)，能滿足高壓深井超深井的油套管管柱的服役工況需求，具有氣密封性能高、接頭內(nèi)部應(yīng)力低、不易粘扣的良好使用特性；[0015]由于設(shè)計(jì)了變角度錐面密封結(jié)構(gòu)、逆向1° 3°的外扭矩臺(tái)肩8和內(nèi)扭矩臺(tái)肩 14，減小了接頭的金屬密封過盈量，從而降低了接頭內(nèi)部的應(yīng)力，同時(shí)保證了接頭的密封可靠性，該接頭的金屬密封結(jié)構(gòu)具有較低的接觸壓力，減少了螺紋及金屬密封面在上扣連接時(shí)發(fā)生粘扣的可能性，提高了螺紋的抗磨損能力，避免了高壓高速流體對接頭的沖擊與腐蝕作用，同時(shí)保證了接頭的氣體內(nèi)壓密封強(qiáng)度與管體的內(nèi)屈服強(qiáng)度；[0016]適用于管外徑不小于50mm的輸送高壓流體介質(zhì)的油套管連接接頭，該接頭具有低應(yīng)力、高密封性的特點(diǎn)，可用于石油天然氣開采等行業(yè)領(lǐng)域，可降低井下管柱接頭內(nèi)部的應(yīng)力水平，保證接頭的氣密封強(qiáng)度不低于管體內(nèi)屈服強(qiáng)度，在此基礎(chǔ)上解決目前的油套管特殊接頭在井下出現(xiàn)高壓高速流體沖擊/應(yīng)力腐蝕損傷等問題，延長井下管柱的使用壽命，降低油氣開采成本；[0017]本實(shí)用新型接頭適用于各種天然氣開采的氣井，完全可以替代目前常用的氣密封油套管特殊接頭，尤其適用于對高壓高溫、深井超深井、特殊固完井工藝要求的工況。隨著石油天然氣開采向更苛刻工況發(fā)展，高溫、高壓、超深及大彎曲度的氣井越來越多，調(diào)查表明，這些井的接頭在管體未發(fā)生損傷時(shí)已出現(xiàn)較多沖擊和腐蝕損傷現(xiàn)象。如采用耐蝕合金加工該種接頭，使接頭與管體內(nèi)表面具有相同的耐高壓高速腐蝕介質(zhì)沖擊和腐蝕性能，避免目前出現(xiàn)的特殊接頭位置先發(fā)生沖擊與腐蝕損傷等現(xiàn)象，延長管柱使用壽命，減少修井次數(shù)，增加油氣開采經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，具有廣泛的應(yīng)用前景。


[0018]圖1是本實(shí)用新型的管體1的外螺紋結(jié)構(gòu)一側(cè)剖面示意圖。[0019]圖2是本實(shí)用新型的接箍結(jié)構(gòu)側(cè)剖面示意圖。[0020]圖3是本實(shí)用新型的外密封面5與內(nèi)密封面11的結(jié)構(gòu)圖。[0021]圖4是本實(shí)用新型內(nèi)螺紋、外螺紋上扣連接后側(cè)剖示意圖。
具體實(shí)施方式
[0022]
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說明。[0023]參見圖1、2、4，一種低應(yīng)力高密封性能的油套管用金屬密封接頭，包括有一帶外螺4紋3的管體1和帶內(nèi)螺紋9的接箍2，其特點(diǎn)是接箍2兩端結(jié)構(gòu)相對稱，在接箍2中間的內(nèi)螺紋9的端部有專用于密封的金屬內(nèi)密封面11，內(nèi)螺紋9通過退刀槽10與內(nèi)密封面11相連，與內(nèi)密封面11相鄰的端部設(shè)有內(nèi)扭矩臺(tái)肩14，外螺紋3為API偏梯形螺紋，參照標(biāo)準(zhǔn) API 5B加工，外螺紋3與外密封面5之間設(shè)有過渡錐面4，外密封面5的控制點(diǎn)距端部外扭矩臺(tái)肩8的距離為4 8mm，外圓柱面6是從外密封面5到外扭矩臺(tái)肩8的過渡面，外圓柱面6與外扭矩臺(tái)肩8之間的圓角7的半徑為1 1. 3mm，外扭矩臺(tái)肩8與管體1接頭處的徑向的夾角為逆向1° 3°。參見圖2，接箍2兩端結(jié)構(gòu)是對稱加工的，接箍2上的內(nèi)螺紋9為API偏梯形螺紋，參照標(biāo)準(zhǔn)API 5B加工，退刀槽10分別與連接內(nèi)螺紋9和內(nèi)密封面 11相連，內(nèi)密封面11的控制點(diǎn)距內(nèi)扭矩臺(tái)肩14為4 8mm，內(nèi)圓柱面12是從內(nèi)密封面11 到內(nèi)扭矩臺(tái)肩14的過渡面，內(nèi)圓柱面12與內(nèi)扭矩臺(tái)肩14之間的圓角13的半徑為0.4 0.8mm，內(nèi)扭矩臺(tái)肩14與管接頭徑向的夾角β為逆向1° 3°。上扣連接后，內(nèi)密封面5 和外密封面11發(fā)生過盈接觸，阻塞氣體從管柱內(nèi)向外的泄漏，內(nèi)螺紋9、外螺紋3的外扭矩臺(tái)肩8和內(nèi)扭矩臺(tái)肩14則控制了接頭上扣位置，保證外密封面5和內(nèi)密封面11之間的接觸。本實(shí)用新型的關(guān)鍵是必須保證接頭的密封結(jié)構(gòu)長在8 15mm，即外密封結(jié)構(gòu)包括過渡錐面4、外密封面5、外圓柱面6、圓角7和外扭矩臺(tái)肩8，其長度L為8 15mm，內(nèi)密封結(jié)構(gòu)包括退刀槽10、內(nèi)密封面11、內(nèi)圓柱面12、圓角13和內(nèi)扭矩臺(tái)肩14，其長度K為8 15mm， 外密封面5距外扭矩臺(tái)肩8的長度H為4 8mm，內(nèi)密封面11距內(nèi)扭矩臺(tái)肩14的長度F為 4 8mm。[0024]參見圖3，外密封面5與內(nèi)密封面11分別是由兩個(gè)不同角度的錐面組成，外密封面 5的主要密封錐面與管體1的軸向角a為16°，在密封直徑檢測點(diǎn)16左側(cè)h的轉(zhuǎn)折點(diǎn)17 處，外密封面5的密封錐面角ν為15° 15. 8°，h的長度為0. 1mm，內(nèi)密封面11的主要密封錐面與管體1的軸向角b為16°，在密封直徑檢測點(diǎn)15右側(cè)k的轉(zhuǎn)折點(diǎn)18處，內(nèi)密封面 11的密封錐面角y為15° 15.8°，k的長度為0.1mm。由于設(shè)計(jì)了變角度錐面密封結(jié)構(gòu)、 逆向1° 3°的外扭矩臺(tái)肩8和內(nèi)扭矩臺(tái)肩14，減小了接頭的金屬密封過盈量，從而降低了接頭內(nèi)部的應(yīng)力，同時(shí)保證了接頭的密封可靠性。[0025]本實(shí)用新型的雙金屬管接頭可按下述步驟實(shí)施[0026]從管體1端部開始，按逆向2。開始加工臺(tái)肩8、半徑Imm加工圓角、然后加工外圓柱面6到外密封面5處，然后按16°開始加工密封錐面4，密封控制點(diǎn)15距管端為5. 5mm, 過密封控制點(diǎn)15后0. Imm減小密封錐面角度0.5°繼續(xù)完成密封錐面，然后加工過渡錐面 4，直到距管端IOmm處，然后參照標(biāo)準(zhǔn)API 5B加工連接的外螺紋；同樣，按臺(tái)肩、圓角、過渡面、密封錐面、退刀槽、參照API 5B加工連接內(nèi)螺紋的順序，可加工接箍2—端的接頭，其中圓角13半徑為0. 62mm，密封錐面改變角度為0. 6° ；按同樣的順序和參數(shù)可加工接箍2的另一端接頭。
權(quán)利要求1.一種低應(yīng)力高密封性能的油套管用金屬密封接頭，包括有一帶外螺紋(3)的管體(I)和帶內(nèi)螺紋(9)的接箍O)，其特征在于，接箍(2)兩端結(jié)構(gòu)相對稱，在接箍O)中間的內(nèi)螺紋(9)的端部有金屬內(nèi)密封面(11)，內(nèi)螺紋(9)通過退刀槽(10)與內(nèi)密封面(11)相連，與內(nèi)密封面(11)相鄰的端部設(shè)有內(nèi)扭矩臺(tái)肩(14)，內(nèi)圓柱面(12)是從內(nèi)密封面(11) 到內(nèi)扭矩臺(tái)肩(14)的過渡面，更靠近管體(1)端部設(shè)有外密封面(5)，在管體(1)的端部設(shè)有外扭矩臺(tái)肩(8)，外螺紋C3)與外密封面( 之間設(shè)有過渡錐面G)，外圓柱面(6)是從外密封面( 到外扭矩臺(tái)肩(8)的過渡面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低應(yīng)力高密封性能的油套管用金屬密封接頭，其特征在于，外密封面(5)的主要密封錐面與管體(1)的軸向角a為16°，在密封直徑檢測點(diǎn)(16) 左側(cè)0. Imm的轉(zhuǎn)折點(diǎn)(17)處，外密封面(5)的密封錐面角ν為15° 15. 8°，內(nèi)密封面(II)的主要密封錐面與管體⑴的軸向角b為16°，在密封直徑檢測點(diǎn)(15)右側(cè)0.Imm 的轉(zhuǎn)折點(diǎn)(18)處，內(nèi)密封面(11)的密封錐面角y為15° 15. 8°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低應(yīng)力高密封性能的油套管用金屬密封接頭，其特征在于，所述的外圓柱面(6)與外扭矩臺(tái)肩(8)之間的圓角(7)的半徑為1 1.3mm，外扭矩臺(tái)肩(8)與管體(1)接頭處的徑向的夾角θ為逆向Γ 3°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低應(yīng)力高密封性能的油套管用金屬密封接頭，其特征在于，所述的內(nèi)圓柱面(12)與內(nèi)扭矩臺(tái)肩(14)之間的圓角(13)的半徑為0.4 0.8mm，內(nèi)扭矩臺(tái)肩(14)與管接頭徑向的夾角β為逆向1° 3°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低應(yīng)力高密封性能的油套管用金屬密封接頭，其特征在于，所述的外密封結(jié)構(gòu)包括過渡錐面(4)、外密封面(5)、外圓柱面(6)、圓角(7)和外扭矩臺(tái)肩(8)，其長度L為8 15mm，外密封面(5)距外扭矩臺(tái)肩(8)的長度H為4 8mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低應(yīng)力高密封性能的油套管用金屬密封接頭，其特征在于，所述的退刀槽(10)、內(nèi)密封面(11)、內(nèi)圓柱面(12)、圓角(13)和內(nèi)扭矩臺(tái)肩(14)組成內(nèi)密封結(jié)構(gòu)，其長度K為8 15mm，內(nèi)密封面(11)距內(nèi)扭矩臺(tái)肩(14)的長度F為4 8mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低應(yīng)力高密封性能的油套管用金屬密封接頭，其特征在于，所述的外密封面(5)的控制點(diǎn)距端部外扭矩臺(tái)肩(8)的距離為4 8mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低應(yīng)力高密封性能的油套管用金屬密封接頭，其特征在于，所述的起連接作用的外螺紋(3)、內(nèi)螺紋(9)為符合API標(biāo)準(zhǔn)的偏梯形螺紋。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低應(yīng)力高密封性能的油套管用金屬密封接頭，其特征在于，所述的內(nèi)密封面(11)、外密封面(5)的長度為8 15mm，內(nèi)密封面(11)的控制點(diǎn)距內(nèi)扭矩臺(tái)肩(14)為4 8mm，外密封面(5)的控制點(diǎn)距端部外扭矩臺(tái)肩(8)的距離為4 8mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低應(yīng)力高密封性能的油套管用金屬密封接頭，其特征在于，所述的外螺紋C3)與過渡錐面(4)連接處的螺紋端部的傾角為30°。
專利摘要一種低應(yīng)力高密封性能的油套管用金屬密封接頭，包括有帶外螺紋的管體和帶內(nèi)螺紋的接箍；在接箍的中間、內(nèi)螺紋的端部有金屬內(nèi)密封面，內(nèi)螺紋通過退刀槽與內(nèi)密封面相連，與內(nèi)密封面相鄰的端部設(shè)有內(nèi)扭矩臺(tái)肩；在管體的端部設(shè)有外扭矩臺(tái)肩，靠近管體端部外表面設(shè)有外密封面，外螺紋與外密封面之間設(shè)有過渡錐面，上扣連接后，內(nèi)密封面和外密封面發(fā)生過盈接觸，阻塞氣體從管柱內(nèi)向外的泄漏，內(nèi)螺紋、外螺紋的外扭矩臺(tái)肩和內(nèi)扭矩臺(tái)肩則控制了接頭上扣位置，保證外密封面和內(nèi)密封面之間的接觸，具有氣密封性能高、接頭內(nèi)部應(yīng)力低、不易粘扣的良好使用特性。
文檔編號E21B17/08GK202325290SQ20112045597
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者李芙蓉, 蘇忠貴, 賈廣民 申請人:延安嘉盛石油機(jī)械有限責(zé)任公司