[实用新型]一种稠油热采井用套管接头

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种机械工程技术领域的管接头，具体地说，是一种开采稠油使用的套管接头。

背景技术

目前开采稠油主要采用注蒸汽单井吞吐的方法，具体做法是：通过油层套管不断向地下注入350℃～400℃、20MPa左右的高温、高压蒸汽，经过一段时间以后，热蒸汽使稠油融化，然后将融化的稠油抽到地面。在这种油井中，为了防止套管受热膨胀抬高井口，而使井口设备损坏，往往使用地锚将套管固定，并对套管施加预拉力，使之不能自由伸缩。注蒸汽时套管受热膨胀，产生很大的压缩载荷，采油时又因温度降低而收缩，产生很大的拉伸载荷。套管在反复拉、压载荷作用下，接头很容易发生泄漏、脱扣等形式的损坏，热采井套管损坏问题是制约热采井开采的重大技术难题。

目前开采稠油用的套管，接头大多采用API圆螺纹接头(见附图1)或API偏梯形螺纹接头(见附图2)，这两种接头按照API标准加工和生产，技术成熟，成本比较低。其缺点是螺纹的承载面角分别为30°和3°，受到拉伸载荷时螺纹承载面上会产生很大的径向分力，使外螺纹件收缩，内螺纹件胀大；螺纹的导向面角分别为30°和10°，受到压缩载荷时螺纹导向面上也会产生很大的径向分力，使外螺纹件收缩，内螺纹件胀大，接头在反复的拉伸和压缩载荷作用下，内、外螺纹逐渐分离，无法密封住20MPa的高压蒸汽而发生泄漏，并最终脱扣而失效。

对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号为CN 2700542Y的专利公开了一种热采井套管接头，该专利公开日为2005年5月18日，实用新型名称为：一种热采井专用套管接头。该专利自述为：一种锥形螺纹接头，其锥度为1∶16。它由带外螺纹的管子和带内螺纹的接箍拧接在一起组成。螺纹牙型为API偏梯形螺纹。其中外螺纹为API偏梯形外螺纹并增加外密封柱面和端面台肩，内螺纹为API偏梯形内螺纹并增加内密封球面和应力释放台肩。该套管接头拧紧后，API偏梯形外螺纹和内螺纹互相啮合，可提供与管体相当的连接强度。外密封柱面与内密封球面形成过盈配合，从而保证其良好的密封性能。与API接头相比，该专利的密封性能、抗热应力的能力都有明显提高。其不足之处是：1)螺纹为API偏梯形螺纹，受拉、压载荷时会产生很大的径向分力，接头容易脱扣；2)球面/柱面密封结构的接触长度短，在圆周方向上有一处损坏，则密封失效。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供一种具有良好性能的热采井套管接头，使其具有良好的密封性能以及抗拉、压载荷的能力，满足稠油热采井的开采需要。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型总体上为锥管螺纹连接，其锥度为1∶16，它由内螺纹件和外螺纹件两部分组成。其特征为：在内螺纹件上加工有钩式内螺纹、内锥面密封结构、内扭矩台肩；在外螺纹件上加工有钩式外螺纹、外锥面密封结构、外扭矩台肩。接头使用时，钩式内螺纹与钩式外螺纹、内锥面密封结构与外锥面密封结构、内扭矩台肩与外扭矩台肩分别形成过盈配合。

连接螺纹为钩式螺纹，钩式内螺纹的导向面角是10°，承载面角是-3°～5°，螺纹高度1.675mm，螺距是每英寸(25.4mm)5牙；钩式外螺纹的导向面角是10°，承载面角是-3°～-5°，螺纹高度1.575mm，螺距是每英寸(25.4mm)5牙。当接头受拉伸载荷时，螺纹承载面紧紧咬合，不会产生任何径向分力，从而避免了接头因脱扣而失效。螺纹导向面角设计为10°，使该接头像API螺纹一样便于认扣，同时由于增加了扭矩台肩，接头受到压缩载荷时，压缩载荷由台肩和螺纹共同分担，减少了径向分力的产生。内、外螺纹高度不同，使外螺纹牙顶与内螺纹牙底之间存在一定的间隙，可以储存多余的螺纹脂。

内扭矩台肩与外扭矩台肩设计为-9°～-15°的反向台肩，其分担压缩载荷、分担上扣扭矩和辅助密封的作用。

同时，在内扭矩台肩与内螺纹之间加工有内锥面密封结构，内锥面密封结构的锥度为1∶9；在外扭矩台肩与外螺纹之间加工有外锥面密封结构，外锥面密封结构的锥度为1∶10。由于密封锥面的长度较长(8mm～10mm)，与球面/柱面密封结构相比，密封效果更好。同时，考虑到内锥面密封结构与外锥面密封结构的变形抗力不同，将其锥度设置为不同数值，最大程度地保证了二者配合后，整个锥面长度上都可以紧密接触，使接触压力基本上均匀分布。