專利名稱：一種螺紋及徑向密封的鋼管直連旋接加長結構的制作方法
技術領域：
:本實用新型涉及石油、天然氣鉆探用油管或套管的加長旋接連接結構。
技術背景:石油、天然氣鉆采過程中必須使用鋼質套管和油管，鉆探在套管與油管的安裝結構如圖1所示。其中套管指鉆井后用于襯里的管子，作用是防止井壁流動和塌陷，分為表層套管、生產套管和技術套管；油管是石油或天然氣抽取通道，井下的石油或天然氣在外加壓力氣體或液體的壓力作用下通過油管輸送到地層表面。在實際使用過程中套管和油管都必須通過旋接方式來加長，以滿足不同井深要求，目前管體的加長連接都是用接箍來實現的，在管體的兩端都設置外螺紋，接箍設有內螺紋，相鄰兩根管體兩端的外螺紋分別旋接在接箍的內螺紋孔中。由于接箍的外徑必須大于管體的外徑，表層套管的內徑必須大于生產套管的接箍外徑，生產套管的內徑必須大于技術套管的接箍的外徑，以此類推。這樣就導致所有套管的外徑都要增大，在相同井深條件下，不僅增加了鋼材的用量，而且每根管體都要配備一個連接接箍，每類管體需要配備相應的連接接箍。根據鋼管性能特征，在壁厚固定條件下，鋼管外徑越大，其抗擠毀性能、抗內壓泄漏性能越小。目前，套管或油管的管體端部外螺紋和接箍的內螺紋的連接螺紋形式已有100多種扣型，包括三角螺紋、梯形螺紋、單邊梯形螺紋、矩形螺紋、T形螺紋等，但它們的密封結構形式都是通過內外螺紋的齒側面或端面緊密過盈配合連接結構方式來保證實現密封的，有些螺紋既有連接作用，又有密封作用，有些螺紋僅起連接作用，密封依靠端面過盈密封。由于鋼管在油井開采中的使用環境比較復雜，需承受重力拉伸載荷、彎曲載荷、扭曲載荷、外擠載荷、內壓載荷等，這就要求套管和油管要有足夠強度和剛度，以抵抗井下的不規則受力，由于管體的加長都必須使用接箍，因此設置在油管外的各層套管的直徑都必須逐級加大，根據機械常識，在管壁厚度相同條件下，管體直徑越大抗彎曲載荷、扭曲載荷、外擠載荷、內壓載荷強度越低。在現有技術中，套管和油管加長連接結構尚不開接箍，各級套管的直徑無法進一步縮小，同時每根套管或油管都必須配備一只接箍，這樣既要消耗的鋼材多，又要增大套管直徑，在井深相同條件下，每眼井的開采所需套管和油管的鋼材用量大，成本高，必須對之改進
實用新型內容
:本實用新型的目的是提供一種螺紋及徑向密封的鋼管直連旋接加長結構，管體與管體之間連接采用直連結構，無需使用接箍，既能保證連接強度又能保證連接密封性能。本實用新型采取的技術方案如下:—種螺紋及徑向密封的鋼管直連旋接加長結構，其特征是:包括管體外螺紋連接端和管體內螺紋連接端，在管體外螺紋連接端上設有外螺紋連接段，在管體內螺紋連接端上設有內螺紋連接段，且管體內螺紋連接端的外徑與管體的外徑相同，外螺紋連接段和內螺紋連接段的公稱尺寸相同，管體外螺紋連接端和管體內螺紋連接端之間通過螺紋旋接密封結構相連接。進一步，管體外螺紋連接端和管體內螺紋連接端之間通過螺紋旋接密封結構是:在外螺紋連接段和內螺紋連接段之間設有二道機械密封結構，第一道由螺紋配合面產生過盈密封，第二道為設置在外螺紋連接段前端的外密封段和內螺紋連接段后的內密封段之間的徑向過盈配合結構。進一步，管體外螺紋連接端和管體內螺紋連接端的硬度比管體硬度高25°/Γ30%，在外密封段與管體之間設有硬度漸變段，在內密封段與管體之間設有硬度漸變段，硬度漸變段的長度為30 100暈米。更進一步，所述徑向過盈配合結構是:在外螺紋連接段的外密封段上設有外圓徑向密封面，在內螺紋連接段的內密封段上設有內孔徑向密封面，兩者之間在徑向過盈量為
0.01 0.05 暈米。更進一步，所述徑向過盈配合結構是:設置在外螺紋連接段前端的外圓徑向密封面為圓弧面，設置在內螺紋連接段后端的內孔徑向密封面為圓柱面。更進一步，所述徑向過盈配合結構是:設置在外螺紋連接段前端的外圓徑向密封面為圓弧面，設置在內螺紋連接段后端的內孔徑向密封面為圓錐面。由于改變了管體之間的連接結構方式，在每根管體的一端設置外螺紋連接段，在另一端設置內螺紋連接段，相鄰兩根管體之間通過管體的外螺紋連接段與另一根管體的內螺紋連接段直接旋接密封連接成一體，依靠螺紋旋接密封和徑向過盈配合密封，確保兩者旋接后密封可靠。這樣的連接結構既不用接箍，每只接箍的價格為200元飛00元，而且各級套管的直徑可減小10毫米 30毫米，每眼井可節省鋼材59Γ8%，可綜合降低成本50萬元 80萬元，經濟效益十分顯著，同時，在套管的壁厚相同的條件下，管體外徑的縮小能顯著提高套管的強度。增強了管體的抗彎曲載荷、扭曲載荷、外擠載荷、內壓載荷的能力，提高了油氣田開采的可靠性和安全 性。雖然每根管體兩端的強度相對管體會有所降低，但通過熱處理方法提高外螺紋連接段和內螺紋連接段的強度，以彌補結構改進帶來的強度降低缺陷。
:圖1為油氣井開采中套管與油管的分布結構示意圖；圖2為本實用新型的結構示意圖；圖3為本實用新型中連接螺紋的一種結構示意圖；圖4為連接外螺紋與連接內螺紋在旋接前的結構示意圖；圖中:1_管體外螺紋連接端；2_管體內螺紋連接端；3_硬度漸變段；11_外螺紋連接段；12_外密封段；13_外圓徑向密封面；21_內螺紋連接段；22_內密封段；23_內孔徑向密封面；α -螺紋承載側角度；β -螺紋的引導側角度。
具體實施方式
以下結合附圖舉例說明本實用新型的具體實施方式
:實施例1:一種螺紋及徑向密封的鋼管直連旋接加長結構，如圖2-4所示，包括管體外螺紋連接端I和管體內螺紋連接端2，在管體外螺紋連接端I設有外螺紋連接段11，在管體內螺紋連接端2上設有內螺紋連接段21，且管體內螺紋連接端2的外徑與管體的外徑相同，外螺紋連接段11和內螺紋連接段21的公稱尺寸相同，在管體外螺紋連接端I和管體內螺紋連接端2之間設有二道機械密封結構，第一道由螺紋配合面產生過盈密封，第二道為設置在外螺紋連接段11上的外密封段12與內螺紋連接段21上的內密封段22之間形成的過盈徑向密封結構，在本例中，由外密封段12上外圓徑向密封面13和內密封段22上的內孔徑向密封面23之間過盈配合結構，設置在外螺紋連接段11上的外圓徑向密封面13為圓弧面，設置在內螺紋連接段21上的內孔徑向密封面23為圓柱面，兩者之間的徑向配合過盈量為0.005 0.10暈米。在本例中，外螺紋連接段11和內螺紋連接段21的螺紋牙型均為偏梯形錐管螺紋，錐管螺紋的錐度為1:16，螺紋承載側角度α =+2°，螺紋的引導側角度β =+45°，齒頂和齒根平行于母線，對于套管其螺距為5.08mm,即5牙/每英寸，對于油管其螺距為3.175mm,即8牙/每英寸；為了提高管體兩端的強度，采用局部熱處理方法使管體外螺紋連接端I和管體內螺紋連接端2的硬度比管體硬度高25°/Γ30%，在外密封段12與管體之間設有硬度漸變段3，在內密封段22與管體之間設有硬度漸變段3，硬度漸變段3的長度3(Γ100毫米。實施例2:與實施例1不同之處在于徑向密封結構，本例中，設置在外螺紋連接段11上的外圓徑向密封面13為圓弧面，設置在內螺紋連接段21上的內孔徑向密封面23為圓錐面，兩者之間的徑 向配合過盈量為0.005、.10毫米。
權利要求1.一種螺紋及徑向密封的鋼管直連旋接加長結構，其特征是:包括管體外螺紋連接端(I)和管體內螺紋連接端(2)，在管體外螺紋連接端(I)上設有外螺紋連接段(11)，在管體內螺紋連接端(2)上設有內螺紋連接段(21 )，且管體內螺紋連接端(2)的外徑與管體的外徑相同，外螺紋連接段(11)和內螺紋連接段(21)的公稱尺寸相同，在外螺紋連接段(11)和內螺紋連接段(21)之間設有二道機械密封結構，第一道由螺紋配合面產生過盈密封，第二道為設置在外螺紋連接段(11)前端的外密封段(12)和內螺紋連接段(21)后的內密封段(22)之間的徑向過盈配合密封。
2.根據權利要求1所述螺紋及徑向密封的鋼管直連旋接加長結構，其特征是:管體外螺紋連接端(I)和管體內螺紋連接端(2)的硬度比管體硬度高25% 30%，在外密封段(12)與管體之間設有硬度漸變段(3)，在內密封段(22)與管體之間設有硬度漸變段(3)，硬度漸變段(3)的長度為30 100毫米。
3.根據權利要求1所述螺紋及徑向密封的鋼管直連旋接加長結構，其特征是:所述徑向過盈配合結構是:在外螺紋連接段(11)的外密封段(12)上設有外圓徑向密封面(13)，在內螺紋連接段(21)的內密封段(22)上設有內孔徑向密封面(23)，兩者之間在徑向過盈量為0.01 0.05毫米。
4.根據權利要求3所述螺紋及徑向密封的鋼管直連旋接加長結構，其特征是:所述徑向過盈配合結構是:設置在外螺紋連接段(11)前端的外圓徑向密封面(13)為圓弧面，設置在內螺紋連接段(21)后端的內孔徑向密封面(23)為圓柱面。
5.根據權利要求3所述螺紋及徑向密封的鋼管直連旋接加長結構，其特征是:所述徑向過盈配合結構是:設置在外螺紋連接段(11)前端的外圓徑向密封面(13)為圓弧面，設置在內螺紋連接段(21)后端的內孔徑向密封面(23)為圓錐面。
專利摘要一種螺紋及徑向密封的鋼管直連旋接加長結構，在管體外螺紋連接端上設有外螺紋連接段，在管體內螺紋連接端上設有內螺紋連接段，且管體內螺紋連接端的外徑與管體的外徑相同，外螺紋連接段和內螺紋連接段的公稱尺寸相同，管體外螺紋連接端和管體內螺紋連接端之間通過螺紋旋接密封結構相連接，兩者靠螺紋過盈配合和徑向過盈配合密封。管體外螺紋連接端和管體內螺紋連接端的強度通過梯度硬度的硬度漸變段來解決。這樣兩管連接不用接箍，既能可靠密封連接，又能節約鋼材，還能增強管體的抗彎曲載荷、扭曲載荷、外擠載荷、內壓載荷的能力，提高了油氣田開采的可靠性、安全性和經濟性。
文檔編號E21B17/08GK202990903SQ20122065672
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者樊鑫業, 王國富, 於寶祥, 劉廣華, 霍建 申請人:江蘇常寶普萊森鋼管有限公司