[实用新型]缓解应力集中作业油管接头

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种螺纹接头，属于石油油管螺纹连接技术领域。

背景技术

油套管是井下油气钻采中不可或缺的且是用量很大的部分，其质量好坏直接影响到钻采作业的成败和油气井的寿命。而螺纹连接同套管柱一起在油气井中长期承受拉伸、压缩、弯曲、内压、外压及温度等产生的复合应力的考验，螺纹连接质量的好坏，将直接影响油气井的使用寿命。可见套管中受力最薄弱的部分就是螺纹连接处，经调查油套管失效事故约64％发生在螺纹连接处(国内则高达86％)。

目前油套管连接螺纹主要可分为两类：一类是API(即American PetroleumInstitute)螺纹接头即符合美国石油学会API标准的螺纹接头。API螺纹早在20世纪初问世以来一直受到广泛的关注和应用，为了适应各种工况的需要，相继开发出了短圆螺纹、长圆螺纹、偏梯形螺纹、直连型螺纹等形式。这种接头的优点是技术成熟、易于加工、检测互换性好、而且生产成本较低，但是随着石油钻井的深度进一步增加，油井环境变得更恶劣(如出现含腐蚀性气体的油井及高压油井)，其性能开始不能满足油井的需要，特别是在密封性和强度方面存在一定问题。圆螺纹接头的连接处只能承受相当于管体断裂强度的60％—80％的拉伸载荷，偏梯形螺纹接头的密封性只相当于管体的30％左右，连接强度低、密封性能不可靠、上扣控制难、接头应力水平高、耐腐蚀性能差等缺点都限制了API螺纹的应用。

发明内容

本实用新型螺纹接头针对目前技术的不足，提供了一种具有缓解应力集中接头的油套管接头，减轻螺纹应力集中现象，提高接头抗扭强度，解决了有套管在井下复杂工况中容易出现的粘扣、脱扣等容易发生的问题，大大延长了接头的实用寿命的高密封高强度螺纹接头。本实用新型接头可用于反复使用的作业油管，也可用于天然气井及高压油井的开采。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种缓解应力集中作业油管接头，由管体1和管体7通过螺纹拧接组成，其特征在于，所述的接头为锥度为1:20的锥管螺纹接头，管体1端部墩粗处理外加厚(外径胀大，内径不变)，具有位于径向向外的直角台肩6与一个径向向内的15°台肩2之间、轴向延伸的加工内螺纹4，在15°台肩2和加工内螺纹4之间设置有一个前端密封锥面3；管体7端部墩粗处理外加厚(外径胀大，内径不变)，具有位于径向向外的直角台阶8与径向向内的15°台阶13之间、轴向延伸的加工外螺纹11，在15°台阶13和加工外螺纹11之间设置有一个前端密封锥面12；所述接头拧紧后，管体1上的密封锥面3与管体7上的密封锥面12紧密接触，形成过盈配合，同时直角台肩6与8、15°台肩2与15°台阶13也形成过盈配合；加工内螺纹4与加工外螺纹11的齿高相等，管体7上靠近直角台肩8的三个加工外螺纹短齿螺纹10的齿高小于其他的螺纹齿的齿高。

上述技术方案中，加工内螺纹4、加工外螺纹11、加工外螺纹短齿螺纹(10)的形状为偏梯形，三个短齿螺纹10的齿高为0.8-1.02mm，余下的加工外螺纹11和加工内螺纹4的齿高均为1-1.22mm，加工外螺纹螺距为4.2-4.5mm，加工内螺纹螺距为4.1-4.4mm，加工外螺纹螺距始终比加工内螺纹螺距大0.1mm，螺纹承载面角α为3°—5°，导向面角β为8°—10°。

上述技术方案中，密封锥面3、12的锥度均为1：7。

本实用新型的管体经墩粗处理，并且采用了连接效率更高的偏梯形螺纹形式，因此，连接强度高，接头连接强度超过了管体强度。

本实用针对应力集中现象新型设计有扭矩台肩与不等高齿高，接头拧紧后，15°台肩2与13、直角6与8紧密接触，一方面起到了上扣定位作用，同时两个扭矩台肩也分担了很大的上扣扭矩，因此，降低了螺纹部分的峰值应力，缓和了螺纹的应力集中现象；同时由于外螺纹与内螺纹啮合后前三个螺纹的受力比较大，容易发生应力集中现象，所以降低其齿高降低其也能降低峰值应力，使受力更均匀，内外螺纹的不等螺距对降低螺纹齿啮合时的应力也起到一定作用，设计不等高齿、不等螺距以及扭矩台肩，这种接头不易发生粘扣，使用寿命大大延长。

有益效果

与现有技术相比，本实用新型有显著进步，具体表现在：

1)降低外螺纹前三个螺纹高度、内外螺纹不等螺距、增加两个扭矩台肩，使啮合处的齿高大大缓解了螺纹应力集中现象，使螺纹的受力更均匀，改善了螺纹粘扣现象，实用寿命长；