[實用新型]緩解應力集中作業油管接頭

無效

• 申請號: 200820150925.4
• 申請日: 2008-07-17
• 公開（公告）號: CN201254959Y
• 公開（公告）日: 2009-06-10
• 發明（設計）人: 蔡曉聞;高連新
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: E21B17/08
• 分類號: E21B17/08
• 代理公司: 上海順華專利代理有限責任公司
• 代理人: 談順法

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?？梢娞坠苤惺芰ψ畋∪醯牟糠志褪锹菁y連接處，經調查油套管失效事故約64％發生在螺紋連接處(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?PetroleumInstitute)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0.8-1.02mm，余下的加工外螺紋11和加工內螺紋4的齒高均為1-1.22mm，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0.1mm，螺紋承載面角α為3°—5°，導向面角β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步，具體表現在：

1)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；