[发明专利]油井管接头的密封结构的设计与制造方法、密封方法

说明书

本申请提供一种油井管接头的密封结构的设计与制造方法、密封方法。所述制造方法包括：根据油井管的密封性评价参量大于等于对应的密封性安全裕量的预设规则，确定油井管的密封面接触压应力、密封结构材料弹性应变量、密封结构材料强度、密封面接触宽度；根据油井管的密封性安全裕量，密封结构的材料弹性应变量大于0.5％；根据密封面接触压应力、密封结构的材料弹性应变量、密封结构材料强度，确定密封结构的使用材料；根据确定的密封结构材料弹性应变量，确定密封结构的使用材料为弹性应变量大于0.5％的超弹性合金材料；根据使用材料及其弹性应变量制造所述密封结构。利用本申请中各实施例，提高了油井管的接头密封性能的可靠性。

技术领域

本申请属于石油天然气钻井及开采技术领域，尤其涉及一种油井管接头的密封结构的设计与制造方法、密封方法。

背景技术

油井管是石油天然气开采井专用管材，由一根根管子用螺纹接头连接起来下到油气井里形成几千米长的管柱。在天然气开采阶段，井下地层内高压天然气通过管柱被输送到地面，管内流动十几到一百兆帕的高压天然气，所以油井管的螺纹接头必须有足够的气体密封性。

现有技术中，油井管接头的密封结构大多使用的是特殊螺纹接头结构，油井管的特殊螺纹接头结构由两大部分组成，即螺纹部分和密封部分。特殊螺纹油井管接头结构制造难度大，要求高，并且弹性应变量比较小，其密封原理是依靠密封面金属径向过盈接触配合，形成足够的接触压力，起到密封作用。在油管、套管等油井管的下井过程中，可能会遇阻，需要多次上提下放，甚至旋转，螺纹接头可能会松动，导致油井管的接头发生泄漏。在油气生产过程中，高压气流导致油管柱发生振动，经过长期振动后，螺纹可能会发生松动，很小的弹性应变量无法保证密封面金属正常接触，压应力下降甚至消失，导致螺纹接头泄漏。因此，业内亟需一种能够提高油井管的接头密封性的可靠性的实施方案。

发明内容

本申请目的在于提供一种油井管接头的密封结构的设计与制造方法、密封方法，以及密封结构、密封装置，提高了油井管接头的密封性能的可靠性。

一方面，本申请提供了一种油井管接头的密封结构的制造方法，包括：

根据油井管的密封性评价参量大于等于对应的密封性安全裕量的预设规则，确定所述油井管的密封面接触压应力、密封结构材料弹性应变量、密封结构材料强度、密封面接触宽度，所述密封性评价参量包括接触压应力参量、弹性应变参量、强度参量，所述密封性安全裕量包括接触压应力安全裕量、弹性应变安全裕量、强度安全裕量；

基于所述密封面接触压应力、所述密封结构材料弹性应变量、所述密封结构材料强度，确定所述油井管接头的密封结构的使用材料；

根据所述使用材料的弹性应变量、所述密封面接触宽度确定所述密封结构的尺寸，并应用所述使用材料制造所述密封结构。

进一步地，所述方法的另一个实施例中，利用下述公式一确定所述密封性评价参量：

上式中，k_σ表示所述接触压应力参量，σ_e表示密封面接触压应力，P表示管内被密封气体的压力，k_ε表示所述弹性应变参量，ε_e表示密封结构材料的弹性应变量，δ表示所述密封面的局部间隙，k_y表示所述强度参量，σ_y表示所述密封结构材料的屈服强度，D表示所述密封面的圆周直径，L表示所述密封面接触宽度。

进一步地，所述方法的另一个实施例中，根据所述使用材料的弹性应变量、所述密封面接触宽度确定所述密封结构的尺寸，并应用所述使用材料制造所述密封结构，包括：

所述密封结构包括密封覆合层；其中，

根据公式二确定所述密封覆合层的厚度；

根据所述密封覆合层的厚度、所述密封面接触宽度，确定所述密封覆合层的结构尺寸；