[发明专利]油、套管螺纹接头

说明书

本发明涉及一种油田钻井用油管、套管的螺纹结构。

在油田开采石油、天然气过程中，油管是要求反复使用的采油工具，根据API(美国石油学会)标准规定，其性能应满足：油管在机紧和卸下(规定扭矩值)4次而不出现粘扣，套管也不允许出现粘扣。随着石油工业的发展，油田为了降低成本，普遍要求油管能多次使用，希望机紧和卸下次数超过4次。在一般情况下油管的破坏主要是螺纹处的粘扣。例如，目前油田使用的按1∶16锥度生产的圆螺纹油、套管，各项指标均符合API标准，拧接力矩也符合推荐的最佳值，仍易于出现粘扣。造成粘扣的部位主要在管体螺纹的第1、2扣(小端)和管体螺纹连接处的最后两扣(大端)处。已经在管体小端1、2扣和大扣最后两扣出现粘扣的螺纹如果继续使用，将会破坏螺纹齿面形状，使粘扣向螺纹连接部的中间发展并使螺纹的密封性能和连接性能降低，使之报废。

本发明的目的是通过改进油、套管的结构，使螺纹防粘扣性能明显改善，机紧、拆卸而不粘扣的次数可大幅度提高，提高产品的使用寿命。

为实现上述目的，本发明提出的技术解决方案为：

一种油、套管螺纹接头，由管体1、3和管接箍2通过与之啮合的螺纹组成，管体1、3的螺纹长度为L₄、管接箍2的螺纹长度为L₇，螺纹在直径方向上的锥度为1∶M，M一般取16，其中：管体和／或管接箍的螺纹的始端一定长度L和／或W＇=[(2／18)～(7／18)]倍螺纹长度内的锥度为1∶(M-q)，q取0．1～4．5，在不同锥度的交接点的螺纹中径值相同。

管体和／或管接箍的螺纹末端一定长度L＇、W内的锥度为1∶(M+q)，其中管体始端部分的螺纹长度L=[(2／18)～(5／18)]L₄，管体末端部分的螺纹长度W=[(2／18)～(5／18)]L₄，管接箍的螺纹始端部分W＇的长度为=[(2／18)～(4／18)]L₇，末端部分的长度为L＇=[(2／18)～(7／18)]L₇。

下面接合附图对本发明做进一步详述。

附图为本发明的油、套管螺纹接头结构示意图。

由于造成螺纹粘扣的原因很多，经过大量实践和理论分析可知，螺纹齿面局部接触点过量的塑性变形，使齿面金属间产生粘着是造成粘扣的主要原因。对于现有的油管螺纹，当各类几何参数为正常(符合API标准)时，经过有限元分析，各齿面间最大接触应力分布不均匀，管体小端第1、2齿最大接触应力和管体大端螺纹连接最后两齿点面最大接触应力是中间各齿面平均最大接触应力的2．5～3倍，并且在API规定的拧接力矩的条件下一般都超过材料许用接触应力，造成连接螺纹两端首先粘扣。本发明根据锥螺纹拧接后齿面接触应力的分布规律，分段变换管体和接箍的工程锥度，将管体螺纹分成2或3段，相应管接箍螺纹也分为2或3段，各段螺纹的螺距仍然相同。这种变锥度的方式可使螺纹齿面接触应力均匀化，其机理为以下两点：从结构上改善管体大端和接箍中间段因壁厚较厚而变形困难，使齿面啮合后两端预留有释放多余变形量的间隙；从管体和接箍拧接后的泊松效应上讲，当管体受环向压缩、接箍受环向拉伸力后，接箍轴向要缩短、管体轴向要伸长，这种变化会造成两端齿面接触应力大于中间，变锥度后，也预留了少量轴向变形的空间，这样变使两端的接触应力降低，实现了接触应力均匀化，可减缓或防止螺纹的齿面粘扣。

参见附图，1、3为管体，2为接箍，对于现有技术中API标准规定的油、套管，管体上有外螺纹，即ABCD段，螺纹长度为L₄；接箍上有两段内螺纹，即A＇B＇C＇D＇和它的对称部分，螺纹长度为L₇。螺纹的扣形可以是API标准圆螺纹，也可以是偏梯形螺纹。本发明在该技术的基础上进行改进，将螺纹锥度为整个螺纹段上为固定值，改进为2、3段变锥度的螺纹，经过上述变锥度管体、管接箍的不同组配，可以得到数种油、套管螺纹接头产品，下面分别介绍以下实施容易、加工方便的4类：

1．管体和管接箍的螺纹都分成二段，螺纹的螺距相同，即：

管体部分：分为AB和BCD两段，螺纹始端(小端)AB段的长度L=[(2／18)～(7／18)]L₄，在直径方向上的锥度取1∶(M-q)，AB段与BCD段的转折点为B点，该点两段螺纹的中径值相同，其中L₄为API标准规定的螺纹消失点长度，M为API规定的锥度，一般取16，q取0．1～4．5(以下同)；小于0．1起不到作用，大于4．5则会影响螺纹的正常啮合。