高性能螺紋接頭特殊扣油井管金屬對金屬密封結構的制作方法

本實用新型涉及高性能螺紋接頭特殊扣油井管金屬對金屬密封結構，適用于具有油氣田開采過程中，井下氣體壓力高，對密封性能具有嚴苛要求井況條件下的油田用戶使用。

背景技術：

在使用中螺紋連接特殊扣油井管采用過程中，由于油氣儲備資源越來越少，開采的地址條件越來越惡劣，此外井下存在各種腐蝕介質譬如H2S和CO2氣體、CL離子，這些腐蝕介質的存在，隨著時間的推移如果單段密封失效，腐蝕介質會順著泄露通道逐漸往螺紋內部侵入，不斷腐蝕管體和接箍螺紋部位，使得油井管的密封能力下降，油井管的使用壽命下降。油井管密封失效后，油井內部天然氣及石油泄漏，如果天然氣泄漏會造成重大的人身傷亡時間，如果石油泄漏會造成重大的海洋環境污染。為此通過對螺紋連接密封結構的優化，急需開發出新型密封多段復合密封結構形式。

技術實現要素：

本實用新型的目的是基于天津鋼管集團股份有限公司現有特殊螺紋油井管結構，通過對現有特殊螺紋連接接頭密封結構的優化，開發出高性能螺紋接頭特殊扣油井管金屬對金屬密封結構。適用于井下氣壓高，對密封要求嚴苛，避免單段密封結構失效后腐蝕性氣體通過泄露通道進入螺紋內部，使得螺紋損傷，減少油井管使用壽命。

為實現上述的目的，本實用新型采用的技術方案是用于高性能螺紋接頭特殊扣油井管金屬對金屬密封結構，其中：該結構包括有相互擰接對頂后的接箍母端接箍單段密封接觸部位和管體公端的管體單段密封接觸部位，單段密封接觸部位和管體單段密封接觸部位根據管體公端前端壁厚變化，密封接觸部位能夠得到單段密封結構到多段密封結構，同時在所述單段密封接觸部位和管體母螺紋密封對頂臺肩尖角部位采用開口和不開口的控制結構，使接箍母端密封部位和管體公端的密封部位貼緊，管體公端和接箍母端的管體公螺紋密封對頂臺肩、管體母螺紋密封對頂臺肩對頂。

并通過接箍母端單段密封接觸部位和管體公端的管體單段密封接觸部位的密封面長度L范圍內過嬴接觸實現，在保證管體公端前端厚度大于5mm基礎上，根據長度L將密封結構由單段分割成多段形式，密封面長度在10mm內采用單段密封結構，密封長度L大于10mm后采用多段密封結構。

本實用新型的效果是針對TP系列螺紋特殊扣類型油井管密封結構的優化，在使用中過程中通過多級密封結構形成多重的密封保護，確保腐蝕性介質不能滲入螺紋，避免受到腐蝕介質的侵害，延長油井管使用壽命。該結構的密封部位從單段密封到多段密封結構，擰接后密封可以產生多道次的密封效果，有效阻斷腐蝕泄露通道，接箍和管體螺紋部位受到保護。擁有4段公母端密封面過嬴的密封形式接觸應力最大值在1200～1400兆帕之間，且橫坐標具有應力值點的接觸長度大于12mm。明顯優于單段公母端密封面過嬴形式，接觸面積更大，受力更加均勻合理。

附圖說明

圖1是本實用新型密封結構鼻端密封面長度L和厚度t1意圖；

圖2是本實用新型密封結構實施例一示意圖；

圖3是本實用新型密封結構實施例二示意圖；

圖4是本實用新型密封結構實施例三示意圖；

圖5是本實用新型結構實施例四示意圖；

圖6是本實用新型結構實施例五示意圖；

圖7是本實用新型單段密封結構應力大小數值分析示意圖；

圖8是本實用新型四段密封結構應力大小數值分析示意圖；

圖9是本實用新型特殊螺紋接頭裝配示意圖。

圖中：

A、管體B、接箍

E、管體單段密封接觸部位 G、管體公螺紋密封對頂臺肩

F、接箍單段密封接觸部位 H、管體母螺紋密封對頂臺肩

E1、管體雙段密封接觸部位1 E2、管體雙段密封接觸部位2

E11、管體三段密封接觸部位1 E21、管體雙段密封接觸部位2

E31、管體三段密封接觸部位3

E12、管體四段密封接觸部位1 E22、管體四段密封接觸部位2

E32、管體四段密封接觸部位3 E42、管體四段密封接觸部位4

F1、接箍雙段密封接觸部位1 F2、接箍雙段密封接觸部位2

F11、接箍三段密封接觸部位1 F21、接箍三段密封接觸部位2

F31、接箍三段密封接觸部位3

F12、接箍四段密封接觸部位1 F22、接箍四段密封接觸部位2

F32、接箍四段密封接觸部位3 F42、接箍四段密封接觸部位4

具體實施方式

結合附圖對本實用新型的用于高性能螺紋接頭特殊扣油井管金屬對金屬密封結構加以說明。

本實用新型的用于高性能螺紋接頭特殊扣油井管金屬對金屬密封結構設計思想是，通過接箍B和管體A金屬對金屬密封部位采用單段到多段的密封結構形式，產生多重密封保護效果，此種多段密封結構形式尤其適用于厚壁油井管，最終通過接箍和管體的擰接實現兩者臺肩對頂，而且密封部位貼緊，實現密封功能。通過管體A和接箍B擰接管子公螺紋密封對頂臺肩G和管體母螺紋密封對頂臺肩H對頂，達到管體單段密封接觸部位E和接箍單段密封接觸部位F的密封面接觸。

本實用新型的用于高性能螺紋接頭特殊扣油井管金屬對金屬密封結構，該結構包括有相互擰接對頂后的接箍B母端接箍單段密封接觸部位F和管體A公端的管體單段密封接觸部位E，單段密封接觸部位F和管體單段密封接觸部位E根據管體A公端前端壁厚t1變化，密封接觸部位能夠得到單段密封結構到多段密封結構，同時在所述單段密封接觸部位F和管體母螺紋密封對頂臺肩H尖角部位采用開口M和不開口M的控制結構，使接箍B母端密封部位F和管體A公端的密封部位E貼緊，管體A公端和接箍B母端的管體公螺紋密封對頂臺肩G、管體母螺紋密封對頂臺肩H對頂。

并通過接箍B母端單段密封接觸部位F和管體A公端的管體單段密封接觸部位E的密封面長度L范圍內過嬴接觸實現，在保證管體A公端前端厚度t1大于5mm基礎上，根據密封面長度將密封結構由單段分割成多段形式，密封面長度L在10mm內采用單段密封結構，密封面長度L大于10mm后采用多段密封結構。

開口M的控制結構是母端密封面距離母端密封尖點距離范圍L1為0-5mm內有角度改變，有個0度角的水平線M和管體母螺紋密封對頂臺肩H相交，然后倒角R1。

不開口M的控制結構是根據單段密封接觸部位F和管體母螺紋密封對頂臺肩H角度相交的結構形式，然后交點處倒圓角R1；

不論是否具有開口M結構，均沿著管體單段密封接觸部位E的角度及管體公螺紋密封對頂臺肩G的角度最終相交，然后交點處倒圓角R2。

開口M是在單段密封接觸部位F接近管體母螺紋密封對頂臺肩H的距離L1在0-5mm內，將單段密封接觸部位F的斜度進行更改為水平段0度角的結構變換形式。

所述接箍單段密封接觸部位F和管體單段密封接觸部位E均設有單段密封結構到多段密封結構，最終通過擰接使管體單段密封接觸部位E和接箍單段密封接觸部位F貼緊完成密封，使管體公螺紋密封對頂臺肩G、管體母螺紋密封對頂臺肩H產生對頂，完成擰接。

隨著管體A公端前端厚度t1變化，管體單段密封接觸部位E和接箍單段密封接觸部位F存在不同的單段密封結構到多段密封結構，當5mm≦t1≦8mm時密封采用單段密封結構；當8mm<t1<17mm時密封采用多段密封結構的2或3段結構形式；當17mm≦t1≦23mm時密封采用多段密封結構的3或4段結構形式，最終通過擰接完成管體單段密封接觸部位E和接箍單段密封接觸部位F貼緊完成密封，以及管體公螺紋密封對頂臺肩G和管體母螺紋密封對頂臺肩H產生對頂，完成擰接。

所述圓角R1半徑范圍0.8-1.4mm，圓角R2半徑范圍1-2mm，要求R2>R1，R2-R1>0.6。

圖9是管體A和接箍B擰接后的特殊螺紋接頭裝配結構示意圖。

圖1是根據管體A公端前端厚度t1變化，可以將密封面長度L分為單段到多段的結構形式。

圖2是高性能螺紋接頭特殊扣油井管金屬對金屬密封結構，通過擰接，達到管體公螺紋密封對頂臺肩G和管體母螺紋密封對頂臺肩H對頂，管體單段密封接觸部位E和接箍單段密封接觸部位F單段密封過盈，達到密封效果。

圖3是高性能螺紋接頭特殊扣油井管具有開口M的金屬對金屬密封結構，通過擰接，達到管體公螺紋密封對頂臺肩G和管體母螺紋密封對頂臺肩H對頂，管體單段密封接觸部位E和接箍單段密封接觸部位F單段密封過盈，達到密封效果。

圖4是高性能螺紋接頭特殊扣油井管具有開口M的金屬對金屬密封結構，通過擰接，達到管體公螺紋密封對頂臺肩G和管體母螺紋密封對頂臺肩H對頂，管體雙段密封接觸部位1E1和接箍雙段密封接觸部位1F1，管體雙段密封接觸部位2E2和接箍雙段密封接觸部位2F2雙段密封過盈，達到密封效果。

圖5是高性能螺紋接頭特殊扣油井管具有開口M的金屬對金屬密封結構，通過擰接，達到管體公螺紋密封對頂臺肩G和管體母螺紋密封對頂臺肩H對頂，管體三段密封接觸部位1E11和接箍三段密封接觸部位1F11過盈，管體三段密封接觸部位2E21和接箍三段密封接觸部位2F21過盈，管體三段密封接觸部位3E31和接箍三段密封接觸部位3F31過盈，三段密封接觸結構，達到密封效果。

圖6是高性能螺紋接頭特殊扣油井管具有開口M的金屬對金屬密封結構，通過擰接，達到管體公螺紋密封對頂臺肩G和管體母螺紋密封對頂臺肩H對頂，管體四段密封接觸部位1E12和接箍四段密封接觸部位1F12過盈，管體四段密封接觸部位2E22和接箍四段密封接觸部位2F22過盈，管體四段密封接觸部位3E32和接箍四段密封接觸部位3F32過盈，公端密封面4E42和母端密封面4F42過盈，四段密封接觸結構，達到密封效果。

圖7是公母螺紋單段密封接觸受力圖形，圖8是公母螺紋四段密封接觸受力圖形。圖7和圖8是9 7/8in 66.9ppf TP140TB TP-G2扣型兩種密封結構形式的數值分析密封面受力看，圖7縱坐標接觸應力最大值在1400兆帕，圖7橫坐標具有應力值的點的接觸長度在2mm范圍內，圖8縱坐標接觸應力最大值在1200～1400兆帕之間，且橫坐標具有應力值點的接觸長度大于12mm，TP-G2特殊螺紋接頭密封部位在保持一定過嬴接觸應力下，密封接觸段的長度也是一個有力的指標，接觸長度廠能夠保證接觸范圍更大，密封效果更好。

管體A和接箍B的公母端密封部位有單段接觸到多段接觸的要求。多段密封有效增加接觸對，達到對管體內氣體的密封效果。