油套管接头及油套管组件

技术领域

本发明涉及石油管工程技术领域，具体而言，涉及一种油套管接头及油套管组件。

背景技术

随着油气田开发环境越来越复杂，对油套管螺纹接头的密封性能提出了更严格的要求，即在拉伸、压缩、内压、外压、弯曲等各种复杂恶劣工况及偶然性外部因素下仍然保持具有优异的密封稳健性和优异的压缩性能。标准的API螺纹油套管由于本身的设计缺陷导致其存在螺纹接头连接强度低、抗复合载荷能力差、不具备气密封性能等问题，无法胜任苛刻的井况，主要用于浅井、低压井等工况要求不高的井况。

在发明人知道的一种油套管接头中，油套管接头密封结构靠近台肩，其密封性能严重受到定位台肩的受力状态影响，密封性能的稳定性不高，且油套管螺纹接头为了达到100％压缩性能，往往需要采用管端缩口工艺，生产加工成本高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种油套管接头及油套管组件，该油套管接头在复合载荷作用下具有优异的密封稳健性能和抗压缩性能。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种油套管接头，包括：外螺纹接头；内螺纹接头，与外螺纹接头螺纹连接；其中，沿平行于油套管接头的轴线的方向，外螺纹接头与内螺纹接头之间依次设有螺纹结构、第一凹槽、密封结构、第二凹槽以及台肩结构，密封结构包括第一密封锥面和与部分第一密封锥面密封配合的第二密封锥面，第一密封锥面设置在外螺纹接头的部分外壁面上，第二密封锥面设置在内螺纹接头的部分内壁面上。

进一步地，密封结构还包括：第一圆弧R

进一步地，第一凹槽包括设置在外螺纹接头的部分外壁面上的第一圆柱面，由螺纹结构向台肩结构的方向，第一圆柱面、第一圆弧R

进一步地，4.10°≤α

进一步地，由螺纹结构向台肩结构的方向，内螺纹接头的内壁面上依次设有内螺纹段、第二密封锥面以及内台肩面，第一凹槽包括设置在外螺纹接头的部分外壁面上的第一圆柱面以及设置在内螺纹接头的部分内壁面上的凹槽结构，凹槽结构位于内螺纹段和第二密封锥面之间，凹槽结构和第一圆柱面配合形成第一凹槽。

进一步地，由螺纹结构向台肩结构的方向，内螺纹接头的内壁面上依次设有第二密封锥面和内台肩面，第二凹槽包括：凹槽面，设置在内螺纹接头的部分内壁面上且位于第二密封锥面和内台肩面之间；第四圆弧R

进一步地，凹槽面包括：第二圆柱面，第二圆柱面的一端与第二密封锥面连接，第二圆柱面的另一端与第四圆弧R

进一步地，第二凹槽包括设置在内螺纹接头的部分内壁面上的第二圆柱面，台肩结构包括：外台肩面，设置在外螺纹接头的端面并与第一密封锥面连接，外台肩面与竖直方向之间具有夹角α

进一步地，外台肩面为外斜面，内台肩面为外斜面，由螺纹结构向台肩结构的方向，外台肩面和内台肩面均逐渐远离油套管接头的轴线；或者，外台肩面包括依次连接的多个第二外斜面，内台肩面包括与多个第二外斜面对应设置的多个第三外斜面，由螺纹结构向台肩结构的方向，多个第二外斜面与多个第三外斜面均逐渐远离油套管接头的轴线，相邻两个第二外斜面与油套管接头的轴线之间的夹角不同，相邻两个第三外斜面与油套管接头的轴线之间的夹角不同。

进一步地，5°≤α

进一步地，外螺纹接头具有第四外斜面，第四外斜面设置在外螺纹接头的部分内壁面上，由螺纹结构向台肩结构的方向，第四外斜面逐渐远离油套管接头的轴线并与外台肩面连接，第四外斜面与油套管接头的轴线之间具有夹角α

进一步地，外螺纹接头还具有与第四外斜面和外台肩面均连接的内孔面，内孔面设置在外螺纹接头的部分内壁面上并位于第四外斜面和外台肩面之间，沿油套管接头的轴线方向，内孔面的长度为L

进一步地，内孔面为圆柱面。

进一步地，内孔面为内斜面，由螺纹结构向台肩结构的方向，内孔面逐渐靠近油套管接头的轴线，内孔面与油套管接头的轴线之间具有夹角α

进一步地，0mm≤L

根据本发明的另一方面，提供了一种油套管组件，包括油套管和与油套管连接的油套管接头，其中，油套管接头为上述的油套管接头。

应用本发明的技术方案，通过螺纹结构实现外螺纹接头与内螺纹接头之间的螺纹连接；第二密封锥面与部分第一密封锥面密封配合实现密封，由于第二密封锥面和第一密封锥面均为锥面，因此，使得油套管接头的密封结构的密封接触压力达到均匀分布，使密封结构具有优异的密封分布状态，能够实现有效密封。密封结构和台肩结构之间设有第二凹槽，使密封结构远离台肩结构，这大大降低了油套管接头的密封性能受台肩受力状态的影响，提高了密封性能的稳健性，同时提高了油套管接头的抗压缩性能和抗过扭性能。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的油套管接头的实施例一的结构示意图；

图2示出了图1的油套管接头的外螺纹接头的结构示意图；

图3示出了图1的油套管接头的内螺纹接头的结构示意图；

图4示出了图2的外螺纹接头的局部放大图；

图5示出了图3的内螺纹接头的局部放大图；

图6示出了根据本发明的油套管接头的实施例二的内螺纹接头的局部放大图；

图7示出了根据本发明的油套管接头的实施例三的外螺纹接头的局部放大图；

图8示出了根据本发明的油套管接头的实施例三的内螺纹接头的局部放大图；

图9示出了根据本发明的油套管接头的实施例四的外螺纹接头的局部放大图；

图10示出了根据本发明的油套管接头的实施例五的外螺纹接头的局部放大图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、外螺纹接头；11、第一密封锥面；12、外台肩面；121、第二外斜面；13、内孔面；14、第四外斜面；2、内螺纹接头；21、第二密封锥面；22、第一外斜面；23、第二圆柱面；24、内台肩面；241、第三外斜面；10、第一圆柱面；20、凹槽结构；30、螺纹结构；31、内螺纹段；32、外螺纹段；40、第一凹槽；50、密封结构；60、第二凹槽；70、台肩结构。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

在相关技术中，由圆弧面和柱面配合形成的油套管接头的密封结构的密封效果较差，因此，为了解决上述问题，本发明及本发明的实施例提供了一种油套管接头及油套管组件。

实施例一

如图1至图5所示，本发明的实施例中，油套管接头包括外螺纹接头1和内螺纹接头2，内螺纹接头2与外螺纹接头1螺纹连接；其中，沿平行于油套管接头的轴线的方向，外螺纹接头1与内螺纹接头2之间依次设有螺纹结构30、第一凹槽40、密封结构50、第二凹槽60以及台肩结构70，密封结构50包括第一密封锥面11和与部分第一密封锥面11密封配合的第二密封锥面21，第一密封锥面11设置在外螺纹接头1的部分外壁面上，第二密封锥面21设置在内螺纹接头2的部分内壁面上。

上述设置中，通过螺纹结构30实现外螺纹接头1与内螺纹接头2之间的螺纹连接；第二密封锥面21与部分第一密封锥面11密封配合实现密封，由于第二密封锥面21和第一密封锥面11均为锥面，因此，使得油套管接头的密封结构50的密封接触压力达到均匀分布，使密封结构50具有优异的密封分布状态，能够实现有效密封。密封结构50和台肩结构70之间设有第二凹槽60，使密封结构50远离台肩结构70，这大大降低了油套管接头的密封性能受台肩受力状态的影响，提高了密封性能的稳健性，同时提高了油套管接头的抗压缩性能和抗过扭性能。

另外，第一凹槽40用于存储过量的螺纹脂，从而避免螺纹脂压力对密封性能的影响。第二凹槽60用于存储过量的螺纹脂，从而避免螺纹脂压力对密封性能的影响。

如图4和图5所示，本发明的实施例中，密封结构50还包括第一圆弧R

上述设置中，设置在外螺纹接头1上的第一圆弧R

该实际密封接触部位不是传统式临近台肩，而是远离台肩部位，这大大降低了油套管接头的密封性能受台肩受力状态的影响，提高了密封性能的稳健性，同时提高了油套管接头的抗压缩性能和抗过扭性能。

如图4和图5所示，本发明的实施例中，第一凹槽40包括设置在外螺纹接头1的部分外壁面上的第一圆柱面10，由螺纹结构30向台肩结构70的方向，第一圆柱面10、第一圆弧R

发明人知道一种名称为“一种气密封油套管接头”的技术方案，该技术方案螺纹为偏梯形结构，齿顶齿底平行螺纹母线，外螺纹接头端设计有第一定位台肩和第一密封面，内螺纹接头设计有相对应的第二定位台肩和第二密封面，第一密封面和第二密封面为倾斜角为β的锥面，其中0.1≤tanβ≤1.8，这种较为传统的结构加工检测性较好，密封性能优良，但是密封结构在运输或其它操作时容易意外损伤，而且密封结构靠近定位台肩，其密封性能严重受到定位台肩的受力状态影响，密封性能的稳定性不高。

发明人知道一种名称为“油套管螺纹接头”的技术方案，该技术方案螺纹为改进的偏梯形结构，密封结构采用了外密封面为柱面，内密封面为球面的结构，该密封结构生产加工及检测困难，而且密封结构容易意外损伤。

本发明的实施例中，基于油套管螺纹接头规格的不同，外螺纹接头1的鼻端长度L

这样设置后，外内螺纹旋合后油套管螺纹接头的密封接触部位远离台肩部位，密封接触部位的刚度得到提高，有效避免了密封接触状态受台肩受力状态的影响和过量螺纹脂的影响，从而使得螺纹接头在复杂工况下密封性能具有优异的稳定性能和压缩性能。与传统螺纹接头相比，本发明的实施例中的油套管螺纹接头在各种复合载荷作用下密封稳健性能和抗压缩性均能得到极大提高。

优选地，本发明的实施例中，4.10°≤α

本发明的实施例中，外螺纹接头1的第一密封锥面11的角度α

如图3至图5所示，本发明的实施例中，由螺纹结构30向台肩结构70的方向，内螺纹接头2的内壁面上依次设有内螺纹段31、第二密封锥面21以及内台肩面24，第一凹槽40包括设置在外螺纹接头1的部分外壁面上的第一圆柱面10以及设置在内螺纹接头2的部分内壁面上的凹槽结构20，凹槽结构20位于内螺纹段31和第二密封锥面21之间，凹槽结构20和第一圆柱面10配合形成第一凹槽40。

上述设置中，凹槽结构20和第一圆柱面10配合形成第一凹槽40，第一凹槽40可以存储过量的螺纹脂，从而避免螺纹脂压力对密封性能的影响。

如图4和图5所示，本发明的实施例中，由螺纹结构30向台肩结构70的方向，内螺纹接头2的内壁面上依次设有第二密封锥面21和内台肩面24，第二凹槽60包括凹槽面和第四圆弧R

上述设置中，凹槽面、第四圆弧R

如图5所示，本发明的实施例中，凹槽面包括第二圆柱面23，第二圆柱面23的一端与第二密封锥面21连接，第二圆柱面23的另一端与第四圆弧R

上述设置中，凹槽面包括第二圆柱面23，第二圆柱面23、第四圆弧R

如图4和图5所示，本发明的实施例中，台肩结构70包括外台肩面12和内台肩面24，外台肩面12设置在外螺纹接头1的端面并与第一密封锥面11连接，外台肩面12与竖直方向之间具有夹角α

本发明的实施例中，外内螺纹旋合后外台肩面12和内台肩面24相互过盈接触，形成台肩结构70，台肩结构70能够提高油套管螺纹接头抗压缩性能，起到辅助密封的作用。

如图4和图5所示，本发明的实施例中，外台肩面12为外斜面，内台肩面24为外斜面，由螺纹结构30向台肩结构70的方向，外台肩面12和内台肩面24均逐渐远离油套管接头的轴线。这样设置，便于加工，外台肩面12与内台肩面24之间容易配合，方便操作。

优选地，本发明的实施例中，5°≤α

本发明的实施例中，外螺纹接头1的外台肩面12的角度α

如图4所示，本发明的实施例中，外螺纹接头1具有第四外斜面14，第四外斜面14设置在外螺纹接头1的部分内壁面上，由螺纹结构30向台肩结构70的方向，第四外斜面14逐渐远离油套管接头的轴线并与外台肩面12连接，第四外斜面14与油套管接头的轴线之间具有夹角α

本发明的实施例中，设置在外螺纹接头1的管端内表面上的第四外斜面14的角度α

发明人知道一种名称为“气密封锯齿形油井管螺纹接头结构”的技术方案，该技术方案采用了锯齿形齿型结构，齿顶齿底平行螺纹母线，螺纹连接强度较高，降低了外部载荷对密封性能的影响；密封结构与定位台肩形成楔形结构，保持密封的稳定性，内外密封面与垂线之间的夹角分别为β

本发明及本发明的实施例提供了一种具有优异气密封稳健性能的油套管螺纹接头，该油套管螺纹接头在各种复杂恶劣载荷工况下仍然具有良好的结构完整性和密封完整性，同时具有优异的密封稳健性，可适用于高温、高压、超深等地质情况复杂的油气井。

为达到上述目的，本发明的实施例采用以下技术方案：

本发明的实施例中，油套管螺纹接头由外螺纹接头1和内螺纹接头2拧接组合而成，外螺纹接头1为管体外螺纹接头，内螺纹接头2为接箍内螺纹接头。外螺纹接头1的第一密封锥面11为带锥度的斜面，管端为外台肩面12，第一密封锥面11与外台肩面12通过第五圆弧R

在管体管端外表面加工外螺纹接头1(如图2所示)，外螺纹接头1上设有管体螺纹部位(即外螺纹段32)、第一圆柱面10、第一圆弧R

在接箍内表面加工内螺纹接头2(如图3所示)，内螺纹接头2上设有接箍螺纹部位(即内螺纹段31)、凹槽结构20、第二圆弧R

内螺纹接头2的凹槽结构20可以储存螺纹部位多余的螺纹脂，降低螺纹脂压力对接头的影响；同时，内螺纹接头2的第二圆柱面23与外螺纹接头1的第一密封锥面11之间形成第二凹槽60，第二凹槽60可以存储台肩部位过量的螺纹脂，从而避免螺纹脂压力对密封性能的影响。

本发明的实施例中，油套管螺纹接头的关键具体参数为：外螺纹接头1的鼻端长度L

实施例二

实施例二与实施例一的区别在于，如图6所示，实施例二中，凹槽面包括第一外斜面22和第二圆柱面23，由螺纹结构30向台肩结构70的方向，第二密封锥面21、第一外斜面22、第二圆柱面23和第四圆弧R

上述设置中，凹槽面包括第一外斜面22和第二圆柱面23，第一外斜面22、第二圆柱面23、第四圆弧R

优选地，本发明的实施例中，0°≤β

本发明的实施例中，设置在内螺纹接头2上的第二密封锥面21与内台肩面24之间分别加工有一定范围角度的第一外斜面22和第二圆柱面23，第一外斜面22的角度β

实施例二中的其它结构与实施例一相同，此处不再赘述。

实施例三

实施例三与实施例一的区别在于，如图7和图8所示，实施例三中，外台肩面12包括依次连接的多个第二外斜面121，内台肩面24包括与多个第二外斜面对应设置的多个第三外斜面241，由螺纹结构30向台肩结构70的方向，多个第二外斜面121与多个第三外斜面241均逐渐远离油套管接头的轴线，相邻两个第二外斜面121与油套管接头的轴线之间的夹角不同，相邻两个第三外斜面241与油套管接头的轴线之间的夹角不同。

上述设置中，外螺纹接头1的外台肩面12为由多个面组合而成的复合台肩面结构，如图7所示，使得油套管螺纹接头具有更好的抗压缩性能和抗弯曲性能。内螺纹接头2的内台肩面24为由多个面组合而成的复合台肩面结构，如图8所示，使得油套管螺纹接头具有更好的抗压缩性能和抗弯曲性能。

实施例三中的其它结构与实施例一相同，此处不再赘述。

实施例四

实施例四与实施例一的区别在于，如图9所示，实施例四中，外螺纹接头1还具有与第四外斜面14和外台肩面12均连接的内孔面13，内孔面13设置在外螺纹接头1的部分内壁面上并位于第四外斜面14和外台肩面12之间，沿油套管接头的轴线方向，内孔面13的长度为L

通过设置内孔面13，使得外螺纹接头1的鼻端更易于变形，即轴向刚度得到降低，这使得油套管螺纹接头的压缩性能得到提高。

优选地，本发明的实施例中，0mm≤L

本发明的实施例中，在外螺纹接头1的管端内表面加工内孔面13，内孔面13的长度L

如图9所示，本发明的实施例中，内孔面13为圆柱面。

实施例四中的其它结构与实施例一相同，此处不再赘述。

实施例五

实施例五与实施例四的区别在于，如图10所示，实施例五中，内孔面13为内斜面，由螺纹结构30向台肩结构70的方向，内孔面13逐渐靠近油套管接头的轴线，内孔面13与油套管接头的轴线之间具有夹角α

本发明的实施例中，在外螺纹接头1的管端内表面加工内孔面13，内孔面13的长度为L

实施例五中的其它结构与实施例四相同，此处不再赘述。

本发明的实施例具有以下优点：

1、采用了优化的密封面结构及密封面位置，极大提高了油套管螺纹接头的密封完整性和密封稳健性；

2、油套管螺纹接头拧接后，实际密封接触部位两侧均形成凹槽结构，可以储存下井操作中涂抹多余的螺纹脂，降低螺纹脂压力对螺纹接头性能的影响；

3、外螺纹接头上的密封面和内螺纹接头上的密封面角度的关系补偿了由于管端缩颈的影响造成靠近管端一侧的密封接触压力降低，从而使得油套管螺纹接头密封接触压力达到均匀分布，实现稳健的密封效果；

4、外螺纹接头上的外台肩面和内螺纹接头上的内顶台肩角度的关系补偿了由于管体管端缩颈的影响造成靠近管内侧台肩过盈量减小，这使得台肩面较为均匀受力接触，从而使得螺纹接头的具有良好的压缩性能；

5、采用本发明油套管螺纹接头在无需缩口工艺的情况下，其密封性能和压缩性能得到极大提高。

本申请属于石油管工程领域，涉及一种高性能油套管螺纹接头，主要用于对气密封和压缩性能要求苛刻的井况。是一种主要用于石油工业中的油套管和接箍上的螺纹接头及采用该结构的油套管和接箍，是石油管技术领域。

本发明的实施例中，油套管组件包括油套管和与油套管连接的油套管接头，其中，油套管接头为上述的油套管接头。

需要说明的是，本发明的实施例中，油套管为管状结构，油套管接头的外螺纹接头1与油套管的一端连接形成一体结构(本发明的实施例中，外螺纹接头1加工在油套管的一端的外表面上，也就是外螺纹接头1与油套管为一体成型结构，当然，还可以根据实际需要，使外螺纹接头1与油套管分体设置并连接形成一体结构)，外螺纹接头1也为管状结构；内螺纹接头2也为管状结构，内螺纹接头2与外螺纹接头1螺纹连接。内螺纹接头2加工在接箍的内表面，通过内螺纹接头2与外螺纹接头1的连接，实现油套管通过油套管接头与接箍连接的目的(当然，在本申请的替代实施例中，还可以根据实际需要，使内螺纹接头2加工在另一个油套管的内表面，这样，通过内螺纹接头2与外螺纹接头1的连接，可以实现两个油套管相互连接的目的)。

由于本申请的油套管组件包括本申请的油套管接头，因此，本申请的油套管组件也具有本申请的油套管接头的上述优点，此处不再赘述。

实施例六

实施例六中，管体采用339.72mm×12.19mm规格套管，钢级为P110，采用API标准规定接箍外径，材料性能满足API标准要求。

油套管螺纹接头的几何参数为：螺距P＝4牙/英寸，螺纹锥度1:16，L

该油套管螺纹接头的连接强度达到9514kN，抗压缩强度达到9514kN，气密封性能达到48Mpa以上，抗外压性能达到17Mpa以上，抗弯曲能力达到20°/30米以上，而且满足3次上卸扣不粘扣的要求。同时该油套管螺纹接头对扣、入扣等操作性好，具有优异密封性能的稳健性。

实施例七

实施例七中，管体采用88.9mm×9.52mm规格油管，钢级为P110，采用API标准规定接箍外径，材料性能满足API标准要求。

油套管螺纹接头的几何参数为：螺距P＝5牙/英寸，螺纹锥度1:16，L

该油套管螺纹接头的连接强度达到1800kN，抗压缩强度达到1800kN，气密封性能达到142Mpa以上，抗外压性能达到145Mpa以上，抗弯曲能力达到45°/30米以上，而且满足10次上卸扣不粘扣的要求。同时该油套管螺纹接头对扣、入扣等操作性好；具有优异密封性能的稳健性。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：通过螺纹结构实现外螺纹接头与内螺纹接头之间的螺纹连接；第二密封锥面与部分第一密封锥面密封配合实现密封，由于第二密封锥面和第一密封锥面均为锥面，因此，使得油套管接头的密封结构的密封接触压力达到均匀分布，使密封结构具有优异的密封分布状态，能够实现有效密封。密封结构和台肩结构之间设有第二凹槽，使密封结构远离台肩结构，这大大降低了油套管接头的密封性能受台肩受力状态的影响，提高了密封性能的稳健性，同时提高了油套管接头的抗压缩性能和抗过扭性能。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。