本发明涉及一种石油天然气工业用管螺紋接头 。

背景技术

石油天然气工业用管螺紋接头一般由螺纹、 密封以及扭矩台肩三 部分的结构构成。 多年来， 人们一直通过不断的改进接头的螺纹、 密 封及扭矩台肩， 以达到强度和气密封设计要求。

在螺紋设计方面， 完全采用 AP I 偏梯形螺纹， 对于大直径厚壁高 钢级套管， 会出现螺纹滑脱现象， 因此选择合适的螺纹侧面角和齿高 与螺距比极为重要。

在密封设计方面， 接箍型螺纹有单密封和多密封两种， 国内公布 的密封设计主要采用单密封结构， 近年来多密封结构逐渐增多， 美国 多采用多密封结构。 为了保证良好的密封性能， 采用单密封必须增加 密封过盈量、 增加密封长度或两者同时增加， 这就要求极高的加工精 度， 而且易发生粘扣现象。 采用多密封结构可以减少单密封的弊端， 但现有多密封结构未将两个密封面进行隔离， 其效果与单密封相同， 密封的可靠性不足。 采用双扭矩台肩的多密封虽然分开了密封面， 但 加工难度大， 成品率低。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的不足之处， 提供一种连接性能高， 加工难度小， 密封稳定性好的石油天然气工业用管螺紋接头 。

本发明通过下述技术方案实现：

一种石油天然气工业用管螺紋接头， 由端部带有外螺纹的管体和 端部带有内螺纹的接箍连接而成， 其特征在于， 所述管体的外螺纹和 接箍的内螺纹为相互配合的偏梯形螺纹， 齿高与螺距的比为 0. 25 ~ 0. 35 , 承载面角为 -15 ~ 3° , 导向面角为 10 ~ 50。 ， 螺纹啮合后齿顶 与齿底之间存在间隙； 在螺纹侧面管体与接箍之间的密封部分依次设 置有第一柱面过渡区、 柱形密封区、 第二柱面过渡区、 锥形密封区、 锥面过渡区， 所述锥形密封区两锥面的锥度相同； 所述锥面过渡区的 端部为扭矩台肩。

所述管体上外螺纹侧面的密封部分依次为第一 外柱形过渡面、 外 柱形密封面、 第二外柱形过渡面、 外锥形密封面、 外锥形过渡面， 所 述外锥形过渡面与外扭矩台肩面连接， 所述接箍上内螺纹侧面的密封 部分依次为第一内柱形面、 第二内柱形面、 内锥形面， 所述内锥形面 与内扭矩台肩面连接， 所述第一外柱形过渡面与所述第一内柱形面之 间留有间隙形成所述第一柱面过渡区， 所述外柱形密封面与所述第二 内柱形面之间通过过盈配合形成所述柱形密封 区， 所述第二外柱形过 渡面与所述第二内柱形面之间留有间隙形成所 述第二过渡区， 所述外 锥形密封面与所述内锥形面之间通过过盈配合 形成所述锥形密封区， 所述外锥形过渡面与所述内锥形面之间留有间 隙形成所述锥面过渡 区， 所述外锥形密封面与所述内锥形面的锥度角相 同， 所述外扭矩台 肩面和内扭矩台肩面与管体轴线垂直面的夹角 分别为 -30 ~ 0° 。

所述柱形密封区为高过盈、 小密封长度结构， 所述锥形密封区为 低过盈、 大密封长度结构。

所述柱形密封区的径向过盈量为 0. 3 ~ 1. 5mm, 柱形密封区的密封 长度大于螺距的一半； 所述锥形密封区的径向过盈量为 0. 1 ~ 0. 5匪， 锥形密封区的密封长度为 2 ~ 10mm。

螺纹部分直径方向上锥度为 1 : 20 ~ 1 : 10。

所述外锥形过渡面的锥度角为 30 ~ 60。 。

所有不连续面均采用圓弧过渡， 过渡半径为 0. 3 ~ 1匪。

螺纹啮合后齿顶与齿底之间的间隙大小为 0. 05 ~ 0. 2mm。

所述外锥形密封面与所述内锥形面的锥度角均 为 10 ~ 20。 。

本发明具有下述技术效果：

1、 本发明的管螺紋接头通过采用改进的 API偏梯形螺纹， 提高了 螺纹连接的强度， 能够避免出现螺纹滑脱现象。

2、 本发明的管螺紋接头采用柱面和锥面的复合密 封结构， 并通过 柱面过渡区将两个密封面有效隔离， 保证了密封的可靠性。 3、 本发明的管螺紋接头所有不连续面采用圓弧过 渡， 减小了应力 集中，避免引起脆性材料断裂使物体产生疲劳 裂纹，提高了连接强度。

4、 本发明的管螺紋接头采用柱面和锥面的复合密 封结构， 对加工 的精度要求不高， 降低了加工难度， 便于大规模实施， 有利于提高生 产效率， 降低生产成本， 提高成品率。

5、 本发明的管螺紋接头当内螺纹和外螺纹啮合时 ， 除密封部分存 在干涉外， 其它部分均存在一定的间隙， 可以减小螺纹粘扣趋势。 附图说明

图 1是本发明石油天然气工业用管螺紋接头的整� �示意图； 图 2是本发明密封部位局部放大示意图；

图 3是接箍部分的内螺纹结构示意图；

图 4是管体部分的外螺纹结构示意图；

图 5是螺纹形状结构示意图；

图 6是螺纹啮合示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细 说明。

本发明石油天然气工业用管螺紋接头的示意图 如图 1-图 6所示， 由端部带有外螺纹 15的管体 2和端部带有内螺纹 10的接箍 1连接而 成。 所述管体 2上的外螺纹 15和接箍 1上的内螺纹 10为相互配合的 偏梯形螺纹， 齿高与螺距的比为 0. 25 ~ 0. 35 , 承载面角 t 2 为 -15 ~ 3 。 ，导向面角 t l为 10 ~ 50。 ， 以保证不同规格尺寸和不同钢级螺纹连 接性能。 外螺纹和内螺纹啮合后齿顶与齿底之间存在间 隙 13 , 间隙 13 的大小为 0. 05 ~ 0. 2 螺纹部分直径方向上锥度为 1 : 20 ~ 1: 10。 在 螺纹侧面管体与接箍之间的密封部分依次设置 有第一柱面过渡区 4、柱 形密封区 5、 第二柱面过渡区 6、 锥形密封区 7、 锥面过渡区 8 , 所述 锥形密封区两锥面的锥度相同。 所述锥面过渡区 8 的端部为扭矩台肩 9。 第一柱面过渡区 4实现管体外螺纹 15和接箍内螺纹 10与柱形密封 区 5的过渡， 避免啮合对螺纹面的损伤。 第二柱面过渡区 6实现柱面 密封区 5与锥形密封区 7的有效隔离。 锥面过渡区 8实现管体与接箍 的光滑过渡， 保证接头密封质量。 扭矩台肩 9用于螺纹连接的定位并 且吸收过高的上扣扭矩。 所有过度面均可吸收多余螺纹脂， 降低螺纹 脂对金属密封的影响。

为了避免应力集中， 所有不连续面均采用圓弧过渡， 过渡半径 Rl R2 R3为 0. 3 ~ lmm

过渡区和密封区的设计通过管体和接箍的下述 结构实现： 所述管 体 2上外螺纹 15侧面的密封部分依次为第一外柱形过渡面 16、外柱形 密封面 17、 第二外柱形过渡面 18、 外锥形密封面 19、 外锥形过渡面 20 , 所述外锥形过渡面 20与外扭矩台肩面 21连接。 所述接箍 1上内 螺纹 10侧面的密封部分依次为第一内柱形面 11、 第二内柱形面 12 内锥形面 13 , 所述内锥形面 13与内扭矩台肩面 14连接。 所述第一外 柱形过渡面 16与所述第一内柱形面 11之间留有间隙形成所述第一柱 面过渡区 4。所述外柱形密封面 17与所述第二内柱形面 12之间通过过 盈配合形成所述柱形密封区 5 , 实现金属对金属的密封作用。 所述第二 外柱形过渡面 18与所述第二内柱形面 12之间留有间隙形成所述第二 过渡区 6。所述外锥形密封面 19与所述内锥形面 13之间通过过盈配合 形成所述锥形密封区 7 , 实现金属对金属的密封作用。 所述外锥形过渡 面 20与所述内锥形面 13之间留有间隙形成所述锥面过渡区 8 ,所述外 锥形密封面 19与所述内锥形面 13的锥度角相同， 所述外锥形密封面 与所述内锥形面的锥度角均为 10 ~ 20° , 即 ps 3=bs 3=10 ~ 20。 。 所述 外扭矩台肩面 21 与管体轴线垂直面的夹角为 ps l , 内扭矩台肩面 14 与管体轴线垂直面的夹角为 bs l , bs l=ps l= -30 - 0°

其中， 所述柱形密封区为高过盈、 小密封长度结构， 以避免因轴 向载荷导致的密封性能降低。 所述柱形密封区的径向过盈量 12—般为 0. 3 ~ 1. 5 柱形密封区的密封长度 b2大于螺距的一半。 所述锥形密 封区为低过盈、 大密封长度结构， 锥面密封可以降低密封面粘接趋势。 所述锥形密封区的径向过盈量 I I一般为 0. 1 ~ 0. 5mm,锥形密封区的密 封长度 bl为 2 ~ 10mm

所述外锥形过渡面 20的锥度角 ps2为 30 ~ 60

以下分别以 88. 9 6. 45mm油管和 177. 8 9. 19mm套管作为实施例 进行详细说明。 实施例 1： 88.9 x 6.45mm油管

螺距为 4· ² 匪， 外螺纹齿高为 1匪， 内螺纹齿高 1.1匪， 内螺纹齿 高与螺距的比为 0.26, 内螺纹与外螺紋之间相差 0.1匪， 当内螺纹与 外螺纹啮合时， 由于齿高存在差异， 使得内螺纹齿底与外螺纹齿顶存 在间隙 13=0.1匪。 承载面角 U=- 10。 ， 导向面角 tl=30。 ， 倒角 R1=0.3mm, R2=0.6mm, psl=bsl= -10° , ps2=30° , ps3=bs3=10° , bl = 3mm, b2=2.5mm, R3=0.5mm, 11=0.2mm, 12=0.3mm。 螺纹部分直径 方向上锥度为 1/16。

实施例 2: 177.8 X 9.19mm套管

螺距为 5.08mm, 外螺纹齿高为 1.47mm, 内螺纹齿高 1.57mm, 内螺 纹齿高与螺距比为 0.31, 内螺纹与外螺紋之间相差 0.1匪， 当内螺纹 与外螺纹啮合时， 由于齿高存在差异， 使得内螺纹齿底与外螺纹齿顶 存在间隙 13=0.1匪， 承载面角 t2=3。 ， 导向面角 tl = 10。 ， 倒角 R1=0.5mm, R2=0.8mm, psl=bsl=0° , ps2=45° , ps3=bs3=14° , bl=5mm, b2=3mm, R3=0.5mm, 11=0.4mm, 12=0.6mm。 螺纹部分直径方向上锥度 为 1/16。

本发明的管螺紋接头适用于石油天然气工业用 油管、 套管， 可用 于高压油井及高压气井。 由于本发明性能可靠、 加工难度小， 可用于 所有对密封性要求较高的油、 气井， 尤其高压油、 气井， 此外， 对于 高钢级和大壁厚套管更为有效， 应用前景广阔。