[發明專利]抗粘扣三級端面金屬密封鈦合金管螺紋接頭

有效

• 申請號: 201210297235.2
• 申請日: 2012-08-20
• 公開（公告）號: CN103628827A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 張忠世;郭淑君;張政宏
• 申請（專利權）人: 東港市東方高新金屬材料有限公司
• 主分類號: E21B17/08
• 分類號: E21B17/08
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 白振宇

技術領域

本發明涉及石油天然氣工業完井生產管柱連接的螺紋結構，具體地說是一種抗粘扣三級端面金屬密封鈦合金管螺紋接頭。

背景技術

隨著石油天然氣開發的進一步深入，許多我國西部和西南油氣田具有高溫(大于140℃)、高壓(大于100MPa)、井深(大于5000m)并含高腐蝕介質(C0₂、H₂S、CL-)等苛刻環境，為了適應這些油氣田開發中對油套管耐腐蝕性的要求，鈦合金管已經被引入制造油套管，并具有非常優異的性能表現。

在石油天然氣工業開發過程中，所采用的油套管是用螺紋擰接連接組成的管柱，螺紋是油套管柱中的最薄弱環節，其結構完整性、密封完整性和可靠性，嚴重影響油田的安全生產和管柱壽命。普通的API螺紋由于本身結構設計上先天性不足，無法滿足在高溫、高壓、高腐蝕介質含量等“三高”油氣田環境中的密封完整性，極易發生嚴重的油氣泄漏事故，由于在這些油氣中含有H₂S等有毒物質，給油氣安全和周邊生態環境和人民生命財產安全帶來極大的威脅；同時，鈦合金材料本身具有彈性模量低、表面硬度低，耐磨性能差和熱傳導系數低等特點，用鈦合金材料加工普通API螺紋極易發生粘扣現象，以鋼鐵材料為基礎設計的一般特殊螺紋結構也不適用于鈦合金油管，容易發生粘扣和密封失效現象，因此為保障“三高”油氣田的安全開發，也進一步促進鈦合金油套管在石油天然氣行業中的推廣應用，急需一種專為鈦合金材料設計的具有結構完整性、可靠地密封性能和抗粘扣的特殊螺紋結構。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種抗粘扣三級端面金屬密封鈦合金管螺紋接頭。該抗粘扣三級端面金屬密封鈦合金管螺紋接頭主要是為了解決高溫、高壓、高腐蝕介質含量等“三高”油氣田安全開發問題，使用三級密封設計提高螺紋接頭的氣密封可靠性能，同時在接箍上采用變錐度設計，具有良好抗粘扣性能。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種抗粘扣三級端面金屬密封鈦合金管螺紋接頭，包括油套管接箍和油套管管端，其中油套管接箍上設有API偏梯形內螺紋，所述油套管管端上設有與油套管接箍上的API偏梯形內螺紋相配合的偏梯形外螺紋；所述油套管接箍上API偏梯形內螺紋的一端設有退刀槽，該退刀槽通過倒角過渡依次與弧面I和弧面II連接，所述弧面II通過倒角過渡與負角度扭矩抬肩I連接；所述油套管管端上的偏梯形外螺紋的一端設有與油套管接箍上的弧面I和弧面II依次相對應的錐面和圓柱面及與負角度扭矩抬肩I相對應的負角度扭矩抬肩II，所述油套管接箍和油套管管端螺紋配合后，通過弧面I對錐面的一級密封結構、弧面II對圓柱面的二級密封結構及負角度扭矩抬肩I、II相配合的負角度扭矩抬肩密封結構的三級金屬對金屬過盈密封。

所述API偏梯形內螺紋的另一端設有變錐度API偏梯形內螺紋。所述變錐度API偏梯形內螺紋的錐度為1∶13.8～1∶15.1。

所述偏梯形外螺紋包括外螺紋牙頂、外螺紋牙底、外螺紋導向面及外螺紋承載面，其中外螺紋牙頂和外螺紋牙底通過導向面依次首尾相連，所述外螺紋牙頂與油套管軸線平行，所述外螺紋牙底的結構與API偏梯形螺紋相同，所述外螺紋承載面與油套管軸線的法線夾角為0°～3°。所述偏梯形外螺紋和API偏梯形內螺紋的錐度均為1∶16。

所述弧面I對錐面的一級密封結構中，弧面I的半徑為2.3～7.7mm，錐面的錐度為1∶6～1∶9。所述弧面II對圓柱面的二級密封結構中，弧面II的半徑為18.8～37.8mm。所述負角度扭矩抬肩I、II的負角均為7.5°～11.5°。

本發明的優點及有益效果是：

1.本發明通過合理的弧面對錐面一級密封結構，弧面對柱面二級密封結構和負角度扭矩臺肩密封結構的三級金屬對金屬過盈密封設計，使螺紋接頭三級密封部位過盈接觸壓力都低于材料屈服強度的80％，降低了上扣過程對密封面造成損傷的可能性，同時使接頭仍具有較高的密封可靠性，當鈦合金管體受拉伸載荷和內壓載荷時螺紋接頭的密封性能不受影響。

2.本發明由于采用了改進的偏梯形螺紋牙型設計，保證螺紋牙型上有合理的應力分配，有效防止應力集中。

3.本發明在油套管接箍的端部設有一段API偏梯形內螺紋采用了變錐度設計，減小了接箍螺紋大端的解除壓力和應力集中。

4.本發明可以有效的防止鈦合金油套管粘扣發生，螺紋結構具有優良的抗粘扣性能。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為圖1的局部放大圖；