[實用新型]一種雙級密封油套管特殊扣接頭

有效

• 申請號: 201520452226.5
• 申請日: 2015-06-29
• 公開（公告）號: CN204703783U
• 公開（公告）日: 2015-10-14
• 發明（設計）人: 劉東昌;王凱;丁成立;湯吉玉
• 申請（專利權）人: 東營市永利精工石油機械制造有限公司
• 主分類號: E21B17/02
• 分類號: E21B17/02
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司 37107
• 代理人: 侯玉山

技術領域

本實用新型專利涉及石油鉆采設備技術領域，具體涉及油套管的連接及密封技術領域。

背景技術

特殊螺紋接頭的研究和開發，與石油工業尤其是鉆探技術的進步密不可分。隨著油氣鉆探環境的日益苛刻，井的深度、壓力、溫度日益升高，隨之出現了深井、超深井、熱采井等特殊井況的油井。以往大量使用的API螺紋接頭的油井管在連接強度和密封性能方面很難滿足技術要求，這就迫使人們去開發連接強度和密封性能更加可靠的特殊螺紋接頭的油套管。

目前國內特殊井況的油井數量日益增多，非API標準的油套管的使用量逐漸增大。然而在油田的現實應用中油管斷裂、油管泄漏和油管脫扣等事故時有發生，給油田帶來了巨大的經濟損失。這其中，由于管間氣密封不嚴所造成的油田伴油氣的泄漏會帶來嚴重的事故隱患。這是因為，在深井、超深井的油氣開采過程中，由于管間密封不嚴，泄漏的可燃氣體會沿著井壁或者地質層薄弱的地方進行擴散和聚集，并在油井開采口或者遠離油井的地質薄弱地方形成突然噴發，如果遇到明火，還會引起燃燒或爆炸，更為可怕的是，泄漏氣體在地質層的擴散聚集地點往往不可預測，因此，這種由于管間氣密封不嚴所引起的氣體泄漏是絕對不允許的。

油管失效事故大多數發生在螺紋連接部及密封面處，大體分為下面幾種類型：(1)油管螺紋斷裂；(2)密封失效；(3)粘扣：(4)滑脫；(5)臺肩和螺紋表面擦傷；(6)疲勞破壞；(7)屈曲。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種高效密封、高抗扭矩的接箍式油套管特殊扣接頭。

本實用新型基于以下原理而得到：從密封面高壓接觸方式來講，可以分為線接觸和面接觸兩種，這兩類接頭在相同的臨界密封壓力下，前者主密封過盈配合量設計的較高，后者則較低，這是他們主要的不同點。當接觸點在軸向稍有偏移時，先接觸的過盈配合量可能略有變化，但仍有較高接觸壓力保證配合；當內外螺紋錐面公差匹配不好時，可能使接觸面寬度變小。另外，錐面/錐面密封結構具有較高的接觸壓力，較長的密封長度，同時容易高精度加工。通過建立有限元模型，接頭單元選取平面單元，采用智能網格劃分，并對螺紋和主密封面處網格進行加密細化，同時錐面/錐面密封采用面/面接觸單元建立接觸關系。錐面/錐面密封的有限元分析結果顯示：雖然密封面上接觸壓力很高，但是，接觸壓力在整個密封面上的分布很不均勻，靠近螺紋段接觸壓力很高，而靠近臺肩部分接觸壓力基本為零，說明靠近臺肩區域密封面并沒有完全接觸。本實用新型在密封面設計過程中通過增加球面/錐面密封的方式，以彌補單純的錐面/錐面密封的不足，增加接頭氣密封性能的穩定性和可靠性。????????????

本實用新型的技術方案是：包括接箍以及管體，所述接箍上依次設有扭矩臺肩和內螺紋，所述管體設有外螺紋，且所述內螺紋與外螺紋配合構成螺紋連接，所述接箍在扭矩臺肩和內螺紋之間依次設有錐度不同的兩級錐形密封面，所述管體的端部自前至后依次設有球形密封面和錐形密封面，且管體上的球形密封面和錐形密封面分別與所述接箍的兩級錐形密封面分別與構成球面/錐面密封結構和錐面/錐面密封結構。本實用新型中螺紋部分主要承擔連接作用，接頭的密封功能由兩級密封結構承擔。扭矩臺肩承擔主要的扭矩和接觸應力，并同時起到輔助密封作用。

上述方案進一步優選為：

所述接箍以及管體上的螺紋形狀為偏梯形且二者構成錐面螺紋配合，所述螺紋錐度為1:16、螺紋承載面角為-3°、螺紋導向面角為10°。改進的偏梯形螺紋可以保持螺紋的連接強度，上述螺紋參數的設計不僅具有更高的連接強度和抗滑脫性能，還可防止套管倒扣松動；本實用新型通過優化導向面圓角和承載面的圓角，提高螺紋的抗粘扣能力和連接強度。通過有限元分析，優化導向面和承載面圓角的螺紋，應力集中的現象得到明顯改善，并且軸向應力主要集中在齒側靠下的部分，明顯降低了應力的最大值。

所述扭矩臺肩為-15°的反向扭矩臺肩。扭矩臺肩對主密封有保護作用，可保證主密封能最大限度的發揮作用而不損壞。扭矩臺肩還可以直接影響主密封面上的接觸壓力分布，從而影響接頭的密封性能。接頭上扣后，內外螺紋的扭矩臺肩發生接觸，產生較大的接觸壓力，使扭矩臺肩本身就具有一定的輔助密封作用。經過試驗證明：直角臺肩上的接觸壓力隨軸向載荷的增加而迅速降低，直至為零，而-15°扭矩臺肩在接頭受軸向拉伸載荷后，接觸壓力的下降明顯低于直角臺肩，說明在拉伸載荷作用下，逆向臺肩的密封能力要優于直角臺肩。