[發(fā)明專(zhuān)利]一種抗剪切氣密封的螺紋接頭

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110010598.2
• 申請(qǐng)日: 2021-01-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112761539B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王建東;陳歐;張華禮;李玉飛;張林;黃迪;田濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司;中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所
• 主分類(lèi)號(hào): E21B17/042
• 分類(lèi)號(hào): E21B17/042;E21B17/08
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陳翠蘭

本發(fā)明提供一種抗剪切氣密封的螺紋接頭，通過(guò)管體和接箍上的外螺紋和內(nèi)螺紋之間的連接配合，達(dá)到在拉伸和剪切載荷下，阻止螺紋脫扣，密封和臺(tái)肩上扣過(guò)盈接觸實(shí)現(xiàn)在拉伸/壓縮、內(nèi)壓/外壓、過(guò)扭矩和剪切載荷下密封完整性；第一管體密封面與第一接箍密封面過(guò)盈密封設(shè)置構(gòu)成了第一密封機(jī)構(gòu)，第二管體密封面與第二接箍密封面配合接觸設(shè)置構(gòu)成了第二密封機(jī)構(gòu)；有效的提高了連接強(qiáng)度和密封性能，外螺紋和內(nèi)螺紋的螺紋牙型上均對(duì)應(yīng)設(shè)有傾斜角度，實(shí)現(xiàn)上扣負(fù)角度雙級(jí)接觸，剪切載荷下鎖死螺紋避免脫扣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油天然氣開(kāi)發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種抗剪切氣密封的螺紋接頭。

背景技術(shù)

頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)多段體積壓裂，頁(yè)巖儲(chǔ)層隨壓裂次數(shù)增加和孔隙率的變化，斷層產(chǎn)生滑移。螺紋接頭的結(jié)構(gòu)和密封完整性在剪切載荷作用下極易發(fā)生失效，造成密封泄漏和脫扣。因此需要開(kāi)發(fā)滿足特定工況剪切載荷的特殊螺紋接頭是保證安全生產(chǎn)的重要前提。

現(xiàn)有特殊螺紋接頭針對(duì)高溫高壓井和水平井的工況需要開(kāi)發(fā)，主要針對(duì)拉伸/壓縮+彎曲+內(nèi)壓和外壓下擠毀載荷開(kāi)發(fā)的螺紋和密封結(jié)構(gòu)；水平井主要針對(duì)旋轉(zhuǎn)下套管螺紋和密封抗疲勞和過(guò)扭矩開(kāi)發(fā)螺紋和密封結(jié)構(gòu)。因此，現(xiàn)用氣密封特殊螺紋連接在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)水平井生產(chǎn)套管在多段壓裂過(guò)程中經(jīng)10～20次壓裂后，套管螺紋已發(fā)生多起螺紋連接脫扣失效事故，造成嚴(yán)重的密封泄漏，急需解決螺紋連接在壓裂下特定載荷剪切作用的結(jié)構(gòu)和密封失效問(wèn)題。

現(xiàn)有氣密封特殊螺紋結(jié)構(gòu)特征是：螺紋采用偏梯改進(jìn)型，承載面負(fù)角度或正角度(3～-10°)；導(dǎo)向面正角度(10～45°)；螺紋具有抗拉能力強(qiáng)，上扣易對(duì)扣；缺點(diǎn)是在剪切擠壓載荷下螺紋易分離，造成螺紋脫扣；密封采用錐面對(duì)錐面或球面對(duì)錐面簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)；具有易加工和測(cè)量，缺點(diǎn)是剪切載荷下密封易分離，造成泄漏。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)氣密封特殊螺紋結(jié)構(gòu)在剪切擠壓載荷下螺紋易分離存在螺紋脫扣，造成泄漏的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種抗剪切氣密封的螺紋接頭，有效的解決螺紋接頭密封失效、扭矩臺(tái)肩剪切失效、接頭脫扣等缺陷，提高螺紋接頭在內(nèi)外壓、彎曲載荷、壓縮載荷以及拉伸載荷等復(fù)雜工況下具有較為可靠的連接強(qiáng)度和密封性能。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種抗剪切氣密封的螺紋接頭，包括螺紋連接的管體和接箍；所述管體上由中部至端部依次設(shè)有外螺紋、第一管體密封面、外臺(tái)肩面和第二管體密封面；接箍上由端部至中部依次設(shè)有內(nèi)螺紋，第一接箍密封面、內(nèi)臺(tái)肩面和第二接箍密封面；外螺紋與內(nèi)螺紋上扣配合連接，第一管體密封面與第一接箍密封面過(guò)盈密封設(shè)置；外臺(tái)肩面與內(nèi)臺(tái)肩面傾斜密封接觸；第二管體密封面與第二接箍密封面配合接觸設(shè)置；外螺紋和內(nèi)螺紋的螺紋牙型上均對(duì)應(yīng)設(shè)有傾斜角度。

優(yōu)選的，外螺紋的齒牙兩側(cè)分別為負(fù)角度面和正角度面，外螺紋上依次設(shè)有內(nèi)球面密封段、第一外負(fù)角度面、外直面、第二外負(fù)角度面、外切角面、外齒頂面和外導(dǎo)向面；其中內(nèi)球面密封段、第一外負(fù)角度面、外直面和第二外負(fù)角度面在負(fù)角度面上設(shè)置；外導(dǎo)向面在正角度面上設(shè)置。

進(jìn)一步的，內(nèi)球面密封段的球面半徑為0.4-0.45mm；第一外負(fù)角度面與第二外負(fù)角度面傾斜設(shè)置，外直面與第一外負(fù)角度面和第二外負(fù)角度面構(gòu)成了第一齒面角Q1設(shè)置，第一齒面角Q1的范圍為3-10°；外切角面的切角呈45°設(shè)置；外導(dǎo)向面在齒牙的豎直面上呈第二齒面角Q2設(shè)置，第二齒面角Q2的范圍為10-25°；外齒頂面呈水平面設(shè)置。

優(yōu)選的，第一管體密封面包括第一外圓弧面、第二外圓弧面和第三外圓弧面；其中，第一外圓弧面的圓弧半徑為90-95mm；第二外圓弧面的圓弧半徑為80-85mm；第三外圓弧面的圓弧半徑為80-85mm。

優(yōu)選的，第二管體密封面包括第一外錐度面、第二外錐度面和第三外錐度面，其中，第二外錐度面在齒牙上與水平面呈第五齒面角Q5設(shè)置，第五齒面角Q5的范圍為10-15°；第三外錐度面與在齒牙上與水平面呈第六齒面角Q6設(shè)置，第六齒面角Q6的范圍為30-45°。