[发明专利]一种基于位置控制的螺纹接头

说明书

本发明公开了一种基于位置控制的螺纹接头，包括公螺纹以及母螺纹，公螺纹以及母螺纹的截面形状为梯形螺纹、矩形螺纹或倒梯形螺纹；在螺纹结构中齿顶平行于齿底，齿侧与齿顶或齿底夹角≥80°，螺纹锥度为1：8~1：14，螺纹齿高为1.0mm~1.6mm，螺距为6mm/牙~8mm/牙。本发明通过采用特殊螺纹结构形式，实现上扣过程中的管拧位置控制。通过采用这种结构方式，可以避免现有API螺纹接头存在的过拧问题；同时也可以避免常规特殊螺纹接头需要专用扭矩设备进行上扣、操作复杂的问题。

技术领域

本发明涉及石油管工程机械领域，尤其涉及一种基于位置控制的螺纹接头。

背景技术

石油专用管主要用于油、气井的钻探及油、气的输送。它包括石油钻管、石油套管、抽油管。石油钻管主要用于连接钻铤和钻头并传递钻井动力。石油套管主要用于钻井过程中和完井后对井壁的支撑，以保证钻井过程的进行和完井后整个油井的正常运行。抽油管主要将油井底部的油、气输送到地面。

石油套管是维持油井运行的生命线。由于地质条件不同，井下受力状态复杂，拉、压、弯、扭应力综合作用作用于管体，这对套管本身的质量提出了较高的要求。一旦套管本身由于某种原因而损坏，可能导致整口井的减产，甚至报废。

1924年 API制定了第一个油井管标准，油套管接头螺纹是每英寸 10牙和每英寸8牙的 V型螺纹，但后来被 API8牙圆螺纹及偏梯型螺纹取代，并沿用至今。API SPEC 5B标准规定常用套管螺纹为圆螺纹（简写 CSG）和偏梯形螺纹（简写 BCSG）。我国油气田通常普遍采用这两种螺纹接头。

圆螺纹有套管短圆螺纹（英文简写 CSG）与套管长圆螺纹套管（LCSG）之分。油管圆螺纹英文简写为 TBG，细分为不加厚油管螺纹（TBG）、外加厚油管螺纹（UP TBG）。圆螺纹为无台肩锥管螺纹、需要有接箍连接，牙型为三角形、圆顶圆底，牙形角为 60 °，螺纹锥度为1:16，牙形角平分线与轴线垂直，当螺纹旋紧后，靠内外螺纹的牙侧面密封。

偏梯形螺纹是为了提高抗轴向拉伸或抗轴向压缩载荷能力，并提供泄漏抗力而设计，英文简写 BCSG，无台肩锥管螺纹、需有接箍连接，牙型为偏梯形、平顶平底。规格为 41/2-13 5/8的套管偏梯形螺纹，直径上锥度为 62.5mm/m，每 25.4mm5牙螺纹（螺距为5.08mm）；导向牙侧面与螺纹轴线的垂线间的夹角为 10°；承载侧面与螺纹轴线的垂线间的夹角为 3°；牙顶和牙底为锥形，与螺纹锥度平行；导向侧面牙顶的圆角半径（0.762mm R）比承载侧面牙顶的圆角半径（0.203mm R）大，这有助于对扣和上扣。

随着我国油气的勘探开发，尤其是深井、超深井、高压气井、定向井、含硫化氢等井的增多都对油套管接头的使用性能提出更高要求，API圆螺纹及偏梯型螺纹的气密性、连接强度、耐腐蚀性已不适应要求，为此各国纷纷展开特殊螺纹接头的开发和应用,其中代表性有Tenaris公司Blue系列、Wedge系列，VAM公司VAM TOP系列、VAM 21系列，JFE公司的Lion系列、Tiger系列，Hunting公司SEAL-LOCK系列等。此类螺纹通称为非API螺纹或特殊螺纹。这类螺纹的结构、形状以及使用要求主要参照各个厂家标准或要求执行。

API标准的圆螺纹和偏梯形螺纹都采用了锥形螺纹，且无止扭台肩。API圆螺纹主要通过扭矩进行上扣控制，偏梯形螺纹主要通过管体上的三角形标记进行上扣控制。这两种方式都存在发生过拧造成螺纹接头失效的风险。

特殊螺纹接头一般设置了止扭台肩，同时采用精确的扭矩仪进行上扣控制，显著降低了接头过拧的风险。但这类螺纹接头需要采用扭矩仪进行上扣过程监控和记录，操作较为复杂，部分作业厂家未配置此类设备不具备作业条件。