一种热采井用石油套管接头的制作方法

1.本实用新型属于石油行业油井管螺纹接头技术领域，具体涉及一种热采井用石油套管接头。


背景技术：

2.稠油油藏粘度很大，往往处于非常粘稠甚至是固体的状态，一般的采油方法无法将稠油从井下采集到地面。目前稠油的开采方法主要是注蒸汽吞吐开采，根据这种开采工艺，首先在7英寸(177.8mm)的套管柱中注入350℃、20mpa的高温高压蒸汽，连续注入一段时间后封住井口，让热蒸汽对稠油加热，使稠油溶解或变稀，然后下入油管柱，将稀释后的稠油抽吸到地面。当井下温度随着开采时间的增加而降低以后，再取出油管柱，向7英寸(177.8mm)的套管柱中重新注入高温、高压蒸汽，如此反复多个轮次。
3.这种开采工艺对7英寸(177.8mm)套管的要求很高，升温时套管受热膨胀，套管及螺纹接头受到很大的压缩载荷作用，降温时变冷收缩，套管及螺纹接头又会受到很大的拉伸你载荷作用，如此反复拉伸、压缩，很容易造成套管螺纹接头部位泄漏、滑脱、断裂等形式的损坏。套管接头承受反复拉伸、压缩载荷的受力特点是导致热采井套管接头损坏的主要原因。api圆螺纹由于螺纹的承载面、导向面比较平缓(承载角30
°
)，连接效率低，经常发生滑脱失效，不适合在热采井开采条件下使用；api偏梯形螺纹承载面角3
°
，连接效率显著提高，不会发生滑脱失效，但api偏梯形螺纹啮合后在齿顶、齿底无间隙，但齿侧存在较大间隙，导致这种接头容易粘扣、抗压缩能力不足。同时，不论ap圆螺纹还是ap偏梯形螺纹，密封性能都不能满足在350℃、反复拉伸、压缩状态下，密封20mpa热蒸汽的能力。
4.为此，也有技术人员设计了一些适合热采井开采的接头，或多或少解决了部分热采井套管的损坏问题。但这些螺纹形式都无法做到螺纹牙的全面接触，往往啮合后不是导向面一侧存在间隙，就是承载面一侧存在间隙。这种齿形在反复受拉、压情况下，会出现较大的轴向移动，造成螺纹接头失效。
5.为此本实用新型提出一种热采井用石油套管接头。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种热采井用石油套管接头，以解决上述背景技术中提出的问题，该接头的螺纹
7.继承了api偏梯形螺纹连接效率较高的优点，同时进行了结构改进，使得不论在接头承受拉伸载荷时还是承受压缩载荷时，螺纹的承载面一侧和导向面一侧均能保持紧密接触，提高了接头反复承受拉、压载荷的能力，同时接头还具有优良的抗粘扣性能和气密封性能。
8.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种热采井用石油套管接头，包括接箍、中面和管体，所述接箍和管体螺纹连接，所述接箍和管体拥有共同的轴线，所述接箍关于中面对称设置，所述接箍的内壁设置有内螺纹、内台肩及密封结构、内螺纹齿顶线、
内螺纹中径线和内螺纹齿底线，所述内螺纹处于内螺纹齿顶线和内螺纹齿底线之间，所述内螺纹由内螺纹齿顶、内螺纹承载面、内螺纹齿底、内螺纹导向面组成，所述管体的内壁设置有外螺纹、端部台肩及密封结构、外螺纹齿底线、外螺纹中径线和外螺纹齿顶线，所述外螺纹处于外螺纹齿底线和外螺纹齿顶线之间，所述外螺纹由外螺纹齿底、外螺纹承载面、外螺纹齿顶、外螺纹导向面组成。
9.优选的，所述内螺纹和外螺纹均为偏梯形螺纹，所述内螺纹齿顶、内螺纹齿底和外螺纹齿顶、外螺纹齿底均平行于轴线。
10.优选的，所述内台肩及密封结构由接箍主台肩、圆柱孔、密封球面、过渡圆弧、接箍副台肩和接箍内孔组成。
11.优选的，所述端部台肩及密封结构由管体第一圆柱面、管体外台肩、管体第二圆柱面、引导锥面、管体端面组成。
12.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：采用了改进的偏梯形螺纹，接头在反复拉、压过程中，内、外螺纹承载面和导向面均能同时保持接触，提高了螺纹抵抗反复拉伸、压缩的能力；螺纹的齿底、齿顶之间都存在间隙，可存储一定的螺纹脂，螺纹间的润滑效果更好，使螺纹不易发生粘扣失效；设置了金属/金属密封结构，由于是球面/柱面形式，在接头反复受拉、受压过程中，密封面接触应力保持不变，密封效果始终能够保持；再加上端部特殊的扭矩台肩结构，进一步提高接头抗压缩、拉伸的能力。
附图说明
13.图1为本实用新型接箍与管体的局部连接示意图；
14.图2为本实用新型内螺纹的齿形图；
15.图3为本实用新型外螺纹的齿形图；
16.图4为本实用新型内螺纹的内台肩及密封结构放大图；
17.图5为本实用新型外螺纹端部台肩及密封结构放大图；
18.图中：1、接箍；2、内螺纹；3、内台肩及密封结构；4、中面；5、管体；6、外螺纹；7、端部台肩及密封结构；8、轴线；9、内螺纹齿顶；10、内螺纹承载面；11、内螺纹齿底；12、内螺纹齿顶线；13、内螺纹导向面；14、内螺纹中径线；15、内螺纹齿底线；16、外螺纹齿底；17、外螺纹承载面；18、外螺纹齿顶；19、外螺纹齿底线；20、外螺纹导向面；21、外螺纹中径线；22、外螺纹齿顶线；23、接箍主台肩；24、圆柱孔；25、密封球面；26、过渡圆弧；27、接箍副台肩；28、接箍内孔；29、管体第一圆柱面；30、管体外台肩；31、管体第二圆柱面；32、引导锥面；33、管体端面。
具体实施方式
19.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.实施例
21.请参阅图1至图5，本实用新型提供一种技术方案：一种热采井用石油套管接头，包
括接箍1、中面4和管体5，接箍1和管体5螺纹连接，接箍1和管体5拥有共同的轴线8，接箍1关于中面4对称设置，接箍1的内壁设置有内螺纹2、内台肩及密封结构3、内螺纹齿顶线12、内螺纹中径线14和内螺纹齿底线15，内螺纹2处于内螺纹齿顶线12和内螺纹齿底线15之间，内螺纹2由内螺纹齿顶9、内螺纹承载面10、内螺纹齿底11、内螺纹导向面13组成，内螺纹中径线14锥度为1∶16，管体5的内壁设置有外螺纹6、端部台肩及密封结构7、外螺纹齿底线19、外螺纹中径线21和外螺纹齿顶线22，外螺纹6处于外螺纹齿底线19和外螺纹齿顶线22之间，外螺纹6由外螺纹齿底16、外螺纹承载面17、外螺纹齿顶18、外螺纹导向面20组成，外螺纹中径线21的锥度为1∶16。
22.本实施例中，优选的，内螺纹2和外螺纹6均为偏梯形螺纹，承载面角3
°
，导向面角30
°
，螺距5.08mm，齿和齿槽的宽度均为2.54mm，这使得内螺纹2和外螺纹6啮合后，承载面一侧和导向面一侧均能紧密接触，内螺纹2的齿高1.75mm，内螺纹中径线14到内螺纹齿底线15的距离al＝0.96mm，内螺纹中径线14到内螺纹齿顶线12的距离b1＝0.79mm；外螺纹6的齿高1.65mm，外螺纹中径线21到外螺纹齿顶线22的距离a2＝0.69mm，外螺纹中径线21到外螺纹齿底线19的距离b2＝0.96mm，上述尺寸均允许有0.05mm的偏差；内螺纹齿顶9、内螺纹齿底11和外螺纹齿顶18、外螺纹齿底16均平行于轴线8。
23.本实施例中，优选的，内台肩及密封结构3由接箍主台肩23、圆柱孔24、密封球面25、过渡圆弧26、接箍副台肩27和接箍内孔28组成，接箍主台肩23宽t1≥2.5mm，接箍副台肩27宽t2≥2.0mm，接箍主台肩23与接箍副台肩27之间的距离l1＝5
‑
8mm，密封球面25的半径为18
‑
25mm，球心到副台肩的轴线距离l2＝1.5
‑
2.5mm。
24.本实施例中，优选的，端部台肩及密封结构7由管体第一圆柱面29、管体外台肩30、管体第二圆柱面31、引导锥面32、管体端面33组成，管体外台肩30宽t3≥2.5mm，管体端面33宽t4≥2.0m，管体外台肩30与管体端面33之间的距离l3＝5
‑
8mm，引导锥面32的半锥角δ＝6
‑8°
，引导锥面32的轴向长度l4＝2.5
‑
3.0mm。
25.本实用新型的工作原理及使用流程：使用时接箍1和管体5通过内螺纹2和外螺纹6进行旋合，接箍1的两端各旋合一根管体5，两根管体5的另外一端再各旋合一个接箍1，如此连接几百个管体5和接箍1，形成套管柱，满足油气田生产使用要求；
26.考虑到api偏梯形螺纹3
°
的承载面连接效率高，但导向面10
°
不如api圆螺纹30
°
的导向面那么容易对扣和引扣，所以，本实用新型螺纹齿形分别借鉴api偏梯形螺纹和api圆螺纹的设计优点，将内螺纹2和外螺纹6均设置为承载面角3
°
、导向面角30
°
，既保证了连接效率，又比较容易对扣，这样螺纹总体呈偏梯形螺纹形式，螺距与api偏梯形螺纹相同，设置为5.08m,但齿和齿槽的宽度均为2.54m,这使得内螺纹2和外螺纹6啮合后，承载面一侧和导向面一侧均能紧密接触，而api偏梯形螺纹的齿宽和齿槽宽是不同的，受拉时api偏梯形螺纹承载面侧接触，但导向面侧存在较大间隙，受压时则相反，这样使得api偏梯形螺纹承受反复拉、压载荷的能力不高，本实用新型的螺纹由于承载面一侧和导向面一侧均能紧密接触，抗拉、压循环载荷的能力显著增强；
27.当内螺纹2和外螺纹6处于手紧位置时，内螺纹中径线14和外螺纹中径线21刚好重合，内螺纹承载面10与外螺纹承载面17、内螺纹导向面13与外螺纹导向面20也刚好接触，内螺纹齿底11与外螺纹齿顶18之间存在0.27m的间隙，内螺纹齿顶9与外螺纹齿底16之间存在0.17m的间隙。这两处间隙的设置，使得内、外螺纹更好旋合，在旋合时间隙内可以存储少量
的螺纹脂，使螺纹间的润滑作用更好，接头不容易发生粘扣损坏。当进一步机紧时，内螺纹2和外螺纹6发生过盈配合，承载面一侧和导向面一侧均发生同样大小的径向过盈，内、外螺纹齿底与齿底之间的间隙因弹性变形而略有减小，为了保证上扣质量，内螺纹2与外螺纹6之间的径向过盈量设置为0.19
‑
0.41mm。对于api偏梯形螺纹来说，其内、外螺纹的齿顶、齿底均平行于母线即螺纹中径线。对于本实用新型的螺纹，内螺纹齿顶9、内螺纹齿底11和外螺纹齿顶18、齿底16均平行于轴线8。这样更容易对扣和认扣，不会发生错扣；
28.当接头在内螺纹2、外螺纹6的引导下拧紧时，接箍主台肩23与管体外台肩30首先接触，发生弹性变形，进一步拧紧后，接箍副台肩27与管体端面33开始接触，进一.步分担扭矩。在拧紧的过程中，在引导锥面32的引导下，管体第二圆柱面31与接箍密封球面25开始径向过盈配合，起密封作用。为了达到最好的效果，接箍主台肩23与管体外台肩30之间的轴向过盈量设置为0.05
‑
0.15mm,接箍副台肩27与管体端面33之间的轴向过盈量设置为0.02
‑
0.12mm,接箍密封球面25与管体第二圆柱面31之间的径向过盈量设置为0.35
‑
0.75mm。这种密封结构，由于在反复拉、压过程中，密封面上的过盈量始终保持不变，密封效果不会因反复拉、压而降低，特别适合于热采井工况。本实用新型加工简单方便，油田操作更容易，承受反复拉、压载荷的能力强，且在反复拉、压过程中，接头的密封性能始终不受影响，所以特别适合在稠油热采工况使用。
29.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。