油、套管螺纹接头
专利汇可以提供油、套管螺纹接头专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种油田钻井用油、 套管 的 螺纹 接头，由管体1、3和管接箍2通过与之 啮合 的螺纹组成，螺纹在直径方向上的锥度为1∶M，其中：管体和/或管接箍的螺纹的始端一定长度L、W′内的锥度为1∶(M-q)，q取0.1～4.5，管体和/或管接箍的螺纹末端一定长度W、L′内的锥度为1∶(M+q)，在不同锥度的交接点的螺纹中径值相同。本发明通过分段变换管体和接箍的工程锥度，将管体、管接箍螺纹分成2或3段，可使螺纹各 齿面 上 接触 应 力 均匀化，这样可减缓或防止螺纹的齿面粘扣。，下面是油、套管螺纹接头专利的具体信息内容。
1．一种油、套管螺纹接头，由管体[1、3]和管接箍[2]通过与之 啮合的螺纹组成，管体[1、3]的螺纹长度为L4、管接箍[2]的螺纹长 度为L7，螺纹在直径方向上的锥度为1∶M，M取16，其特征在于： 管体的螺纹始端一定长度L=[(2／18)～(7／18)]L4的锥度为1∶(M-q)，q 取0．1～4．5，和／或，管接箍的螺纹始端一定长度W＇ =[(2／18)～(7／18)]L7的锥度为1∶(M-q)，在不同锥度的交接点的螺纹 中径值相同。
2．一种油、套管螺纹接头，由管体[1、3]和管接箍2通过与之啮 合的螺纹组成，管体[1、3]的螺纹长度为L4、管接箍2的螺纹长度为 L7，螺纹在直径方向上的锥度为1∶M，M取16，其特征在于：
管体的螺纹始端一定长度L=[(2／18)～(7／18)]L4的锥度为1∶ (M-q)，q取0．1～4．5，和／或，管接箍的螺纹始端一定长度W＇ =[(2／18)～(7／18)]L7的锥度为1∶(M-q)；
管体的螺纹末端一定长度W=[(2／18)～(5／18)]L4的锥度为1∶ (M+q)，和／或，管接箍螺纹末端L＇=[(2／18)～(7／18)]L7的锥度为1∶ (M+q)，在上述不同锥度的交接点的螺纹中径值相同。
3．根据权利要求2所述的油、套管螺纹接头，其特征在于：所 述的管体[1、3]、管接箍[2]的螺纹长度和锥度为：管体的螺纹始端 一定长度L=[(2／18)～(5／18)]L4的锥度为1∶(M-q)，q取0．1～4．5，管 接箍的螺纹始端一定长度W＇=[(2／18)～(4／18)]L7的锥度为1∶(M- q)。
本发明涉及一种油田钻井用油管、套管的螺纹结构。
在油田开采石油、天然气过程中，油管是要求反复使用的采油 工具，根据API(美国石油学会)标准规定，其性能应满足：油管在机 紧和卸下(规定扭矩值)4次而不出现粘扣，套管也不允许出现粘扣。 随着石油工业的发展，油田为了降低成本，普遍要求油管能多次使 用，希望机紧和卸下次数超过4次。在一般情况下油管的破坏主要是 螺纹处的粘扣。例如，目前油田使用的按1∶16锥度生产的圆螺纹 油、套管，各项指标均符合API标准，拧接力矩也符合推荐的最佳 值，仍易于出现粘扣。造成粘扣的部位主要在管体螺纹的第1、2扣 (小端)和管体螺纹连接处的最后两扣(大端)处。已经在管体小端1、2 扣和大扣最后两扣出现粘扣的螺纹如果继续使用，将会破坏螺纹齿 面形状，使粘扣向螺纹连接部的中间发展并使螺纹的密封性能和连 接性能降低，使之报废。
本发明的目的是通过改进油、套管的结构，使螺纹防粘扣性能 明显改善，机紧、拆卸而不粘扣的次数可大幅度提高，提高产品的 使用寿命。
为实现上述目的，本发明提出的技术解决方案为：
一种油、套管螺纹接头，由管体1、3和管接箍2通过与之啮合的 螺纹组成，管体1、3的螺纹长度为L4、管接箍2的螺纹长度为L7，螺 纹在直径方向上的锥度为1∶M，M一般取16，其中：管体和／或管接 箍的螺纹的始端一定长度L和／或W＇=[(2／18)～(7／18)]倍螺纹长度内 的锥度为1∶(M-q)，q取0．1～4．5，在不同锥度的交接点的螺纹中径 值相同。
管体和／或管接箍的螺纹末端一定长度L＇、W内的锥度为1∶ (M+q)，其中管体始端部分的螺纹长度L=[(2／18)～(5／18)]L4，管体末 端部分的螺纹长度W=[(2／18)～(5／18)]L4，管接箍的螺纹始端部分 W＇的长度为=[(2／18)～(4／18)]L7，末端部分的长度为L＇=[(2／18)～ (7／18)]L7。
下面接合附图对本发明做进一步详述。
附图为本发明的油、套管螺纹接头结构示意图。
由于造成螺纹粘扣的原因很多，经过大量实践和理论分析可 知，螺纹齿面局部接触点过量的塑性变形，使齿面金属间产生粘着 是造成粘扣的主要原因。对于现有的油管螺纹，当各类几何参数为 正常(符合API标准)时，经过有限元分析，各齿面间最大接触应力分 布不均匀，管体小端第1、2齿最大接触应力和管体大端螺纹连接最 后两齿点面最大接触应力是中间各齿面平均最大接触应力的2．5～3 倍，并且在API规定的拧接力矩的条件下一般都超过材料许用接触应 力，造成连接螺纹两端首先粘扣。本发明根据锥螺纹拧接后齿面接 触应力的分布规律，分段变换管体和接箍的工程锥度，将管体螺纹 分成2或3段，相应管接箍螺纹也分为2或3段，各段螺纹的螺距仍然 相同。这种变锥度的方式可使螺纹齿面接触应力均匀化，其机理为 以下两点：从结构上改善管体大端和接箍中间段因壁厚较厚而变形 困难，使齿面啮合后两端预留有释放多余变形量的间隙；从管体和 接箍拧接后的泊松效应上讲，当管体受环向压缩、接箍受环向拉伸 力后，接箍轴向要缩短、管体轴向要伸长，这种变化会造成两端齿 面接触应力大于中间，变锥度后，也预留了少量轴向变形的空间， 这样变使两端的接触应力降低，实现了接触应力均匀化，可减缓或 防止螺纹的齿面粘扣。
参见附图，1、3为管体，2为接箍，对于现有技术中API标准规 定的油、套管，管体上有外螺纹，即ABCD段，螺纹长度为L4；接箍 上有两段内螺纹，即A＇B＇C＇D＇和它的对称部分，螺纹长度为 L7。螺纹的扣形可以是API标准圆螺纹，也可以是偏梯形螺纹。本发 明在该技术的基础上进行改进，将螺纹锥度为整个螺纹段上为固定 值，改进为2、3段变锥度的螺纹，经过上述变锥度管体、管接箍的 不同组配，可以得到数种油、套管螺纹接头产品，下面分别介绍以 下实施容易、加工方便的4类：
1．管体和管接箍的螺纹都分成二段，螺纹的螺距相同，即：
管体部分：分为AB和BCD两段，螺纹始端(小端)AB段的长度 L=[(2／18)～(7／18)]L4，在直径方向上的锥度取1∶(M-q)，AB段与 BCD段的转折点为B点，该点两段螺纹的中径值相同，其中L4为API 标准规定的螺纹消失点长度，M为API规定的锥度，一般取16，q取 0．1～4．5(以下同)；小于0．1起不到作用，大于4．5则会影响螺纹的正 常啮合。
管接箍部分：分为A＇B＇C＇段和C＇D＇段，螺纹始端(小 端)C＇D＇段的长度为W＇=[(2／18)～(7／18)]L7，C＇D＇段在直径方 向上的锥度取1∶(M-q)，A＇B＇C＇段的锥度为1∶M，A＇B＇ C＇段与C＇D＇段的转折点为C＇点，该点两段螺纹的中径值相同。
2．管体的螺纹分为三段，管接箍的螺纹为均一锥度，即：
管体螺纹分为AB、BC、CD段，螺纹始端(小端)AB段螺纹： L=[(2／18)～(7／18)]L4，在直径方向上的锥度取1∶(M-q)；BC段螺 纹：Y=[(4／18)～(14／18)]L4，在直径方向上的锥度取1∶M；螺纹末 端(大端)CD段螺纹长度为W=[(2／18)～(7／18)]L4，在直径方向上的锥 度取1∶(M+q)，锥度转折点B、C两点各在两段螺纹的中径值相 同。
管接箍的螺纹为同一锥度的1∶M。
3．管体的螺纹为均一锥度，管接箍的螺纹分为三段，其螺距相 同，即：
管接箍的螺纹分为A＇B＇、B＇C＇、C＇D＇段，其中螺纹末 端(大端)A＇B＇段螺纹L＇=[(2／18)～(7／18)]L7，在直径方向上的锥 度1∶(M+q)，B＇C＇段长度Y＇=[(4／18)～(14／18)]L7，在直径方向 上的锥度取1∶M，螺纹始端(小端)C＇D＇段的长度W＇=[(2／18)～ (7／18)]L7，在直径方向上的锥度取1∶(M-q)。
管体的螺纹为均一锥度1∶M。
4．管体和管接箍的螺纹都分成三段，各段的螺距相同，即：
管体螺纹分为AB、BC、CD段，螺纹始端(小端)AB段螺纹： L=[(2／18)～(5／18)]L4，在直径方向上的锥度取1∶(M-q)；BC段螺 纹：Y=[(8／18)～(14／18)]L4，在直径方向上的锥度取1∶M；螺纹末 端(大端)CD段螺纹长度为W=[(2／18)～(5／18)]L4，在直径方向上的锥 度取1∶(M+q)，锥度转折点B、C点各在两段螺纹中的中径值相 同。
管接箍的螺纹分为A＇B＇、B＇C＇、C＇D＇段，其中螺纹末 端A＇B＇段螺纹L＇=[(2／18)～(7／18)]L7，在直径方向上的锥度1∶ (M+q)，B＇C＇段长度Y＇=[(4／18)～(14／18)]L7，在直径方向上的锥 度取1∶M，螺纹始端C＇D＇段的长度W＇=[(2／18)～(7／18)]L7，在 直径方向上的锥度取1∶(M-q)。
下面介绍本发明的一个实施例。
本实施例的产品为 英寸(φ88．9mm外径)油管，钢级N-80，材 质特性：屈服强度σs=552～758MPa，最小抗拉强度σb=689MPa， 表面接触应力(赫兹应力)：[σ]HO=680MPa。
除螺纹以外的有关尺寸满足API不加厚油管的尺寸要求。
螺纹部分的形状为：管体螺纹的锥度分为AB、BCD两段，管接 箍的锥度分为A＇B＇C＇、C＇D＇两段，具体尺寸为：
管体：
AB段：L=(4／18)L4=(4／18)×(18×3．175)=10．16mm，加工锥度： 1∶(M-q)，M取16，q取0．5，即锥度为1∶15．5，
管体BCD段，长度Y+W=L4-L=18×2．54-10．16=35．64mm，该 段锥度为1∶16，
管接箍：
接箍A＇B＇C＇段：
长度L＇+Y＇=L7-W＇=20×2．54-10．16=40．64mm，该段锥度 为1∶16，
接箍C＇D＇段：
长度W＇=(4／18)L7=(4／18)×20×2．54=11．29mm，该段锥度为1∶ 15．5。
将本发明得到的油螺纹结构，在数控机床上进行加工，采用与 加工现有技术的标准油管相同的加工毛坯、刀具、工时，在规定机 紧力矩状态下，得到产品的性能对比如表1所示。从表1可知，在原 材料、设备、工时均不变化的情况下，本发明得到的油、套管螺纹 的接触性能，即防粘扣的能力明显改善，在其它性能符合API标准的 情况下，齿面接触应力分布情况已趋均匀化，并且不影响连接性 能，机紧并拆卸而不粘扣的次数可大幅度提高，提高了产品的使用 寿命。
表1 N-80钢级 英寸油管齿面接触应力对比表 API标准管 本发明油管 管体小端最大接触应力(MPa) 1064 503 管体大端最大接触应力(MPa) 911 632 机紧2扣时滑脱强度(T) 96．0500 96．0005 齿面许用接触应力(MPa) 680 680
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