本實(shí)用新型涉及一種高溫高壓氣井用油套管特殊螺紋接頭，屬于油套管螺紋連接技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

油套管是開(kāi)采石油和天然氣所必需的石油專用管材，幾百根套管通過(guò)螺紋連接起來(lái)，螺紋連接的技術(shù)是影響鉆采過(guò)程安全可靠的關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)西部很多油氣田具有150℃高溫和55MPa以上高壓的特點(diǎn)，需要在復(fù)雜工況下具有高可靠密封性的螺紋接頭。普通的API螺紋接頭密封性能差、連接強(qiáng)度低，無(wú)法滿足使用要求，必須使用特殊螺紋接頭才能滿足其密封性能要求，而目前采用的臺(tái)肩與密封面結(jié)合的氣密封特殊螺紋接頭存在如下幾個(gè)缺點(diǎn)：

1）采用的偏梯螺紋導(dǎo)向面角度小，不易對(duì)扣、易粘扣；

2）密封面采用內(nèi)螺紋加工球面或加工多級(jí)密封面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致加工、檢測(cè)不方便；

3）未設(shè)置復(fù)雜工況下的應(yīng)變空間，難以達(dá)到高溫和高壓復(fù)雜工況下的氣密封要求；

4）密封位置距管端遠(yuǎn)，滑動(dòng)距離長(zhǎng)，密封面易粘扣，導(dǎo)致高溫高壓工況下密封失效；

5）-15 o或-20 o扭矩臺(tái)肩，壓縮載荷下臺(tái)肩易發(fā)生剪切斷裂失效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種高溫高壓氣井用油套管特殊螺紋接頭，具有加工/檢測(cè)方便、連接強(qiáng)度高、抗粘扣、抗過(guò)扭、抗壓縮、抗應(yīng)變的特點(diǎn)，能夠滿足180℃、55MPa以上的復(fù)雜工況下的氣井使用要求。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是：

一種高溫高壓氣井用油套管特殊螺紋接頭，包括接箍和管體兩部分。所述接箍上依次設(shè)有內(nèi)螺紋、儲(chǔ)油退刀槽、錐形密封面、過(guò)渡凹圓弧和扭矩臺(tái)肩；所述管體端部依次設(shè)有外螺紋、圓柱面、球形密封面、過(guò)渡凸圓弧和扭矩臺(tái)肩。所述錐形密封面與球形密封面相擠壓接觸形成密封結(jié)構(gòu)；所述接箍扭矩臺(tái)肩與管體扭矩臺(tái)肩互相頂緊，形成軸向過(guò)盈配，扭矩臺(tái)肩的傾斜角度θ為-7°～-10°；所述過(guò)渡凸圓弧與過(guò)渡凹圓弧形成幾何空間，可為高溫高壓復(fù)雜工況下的應(yīng)力變形提供自由空間。-7o～ -10o的小角度逆向扭矩臺(tái)肩可增強(qiáng)接頭的抗壓縮能力，還可獲得更厚的公扣鼻端，防止密封面變形，達(dá)到較好的高溫高壓下輔助密封效果。設(shè)置逆向扭矩臺(tái)肩具有上扣定位、抗過(guò)扭矩作用，避免密封面粘扣，減少了復(fù)雜工況下粘扣造成的密封失效風(fēng)險(xiǎn)。

進(jìn)一步的，內(nèi)螺紋和外螺紋為優(yōu)化的偏梯螺紋，導(dǎo)向面角度β為30°～45°；內(nèi)螺紋齒高為1.70～1.85mm，外螺紋齒高為1.50～1.70mm；螺紋錐度為1:16。大角度導(dǎo)向面易對(duì)扣，抗粘扣，可實(shí)現(xiàn)快速上扣。內(nèi)、外螺紋齒高不同使得內(nèi)螺紋齒底與外螺紋齒頂之間存在寬0.2mm的間隙，同時(shí)外螺紋圓柱面與接箍?jī)?chǔ)油退刀槽也形成間隙配合，存儲(chǔ)多余的螺紋脂，保證密封結(jié)構(gòu)上的接觸應(yīng)力，達(dá)到高溫高壓下的密封效果。

進(jìn)一步的，密封結(jié)構(gòu)的密封接觸位置在距外螺紋端3～5mm處；所述接箍錐形密封面錐度為1/8～1/10；所述管體球形密封面的半徑為40～90mm。密封接觸位置設(shè)計(jì)在距外螺紋端3～5mm處，在保持良好密封情況下，減小了滑動(dòng)距離，降低密封面粘扣風(fēng)險(xiǎn)；球形密封面在管體部分，加工、檢測(cè)方便。

進(jìn)一步的，過(guò)渡凹圓弧半徑為0.4～0.8mm，所述過(guò)渡凸圓弧半徑為0.9～1.2mm，過(guò)渡凸圓弧的直徑是過(guò)渡凹圓弧直徑的1.2～2倍。在密封面和扭矩臺(tái)肩之間設(shè)計(jì)管體過(guò)渡凸圓弧與接箍過(guò)渡凹圓弧，使用時(shí)相互配合而形成的幾何空間，可以有效為高溫高壓復(fù)雜工況下的應(yīng)力變形提供自由空間，有效保護(hù)密封面和扭矩臺(tái)肩，進(jìn)一步增強(qiáng)氣密封效果。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：

1）通過(guò)優(yōu)化的偏梯螺紋增強(qiáng)了螺紋連接強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)快速上扣，減少螺紋粘扣風(fēng)險(xiǎn)；

2）優(yōu)化的密封結(jié)構(gòu)和逆向扭矩臺(tái)肩，降低了密封面粘扣風(fēng)險(xiǎn)，解決了高溫高壓下密封面粘扣導(dǎo)致的密封失效問(wèn)題，且加工、檢測(cè)方便，易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)；

3）小角度逆向臺(tái)肩具有防止密封面變形，抗壓縮能力強(qiáng)的作用，設(shè)置過(guò)渡圓弧可提供高溫高壓復(fù)雜工況下的應(yīng)變空間，有效保護(hù)密封面和扭矩臺(tái)肩，滿足高溫高壓氣井的密封使用要求。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的螺紋牙型圖。

圖3為本實(shí)用新型接箍密封面的放大示意圖。

圖4為本實(shí)用新型管體密封面的放大示意圖。

圖中：1、接箍；2、內(nèi)螺紋；3、儲(chǔ)油退刀槽；4、錐形密封面；5、過(guò)渡凹圓弧；6、扭矩臺(tái)肩；7、管體；8、外螺紋；9、圓柱面；10、球形密封面；11、過(guò)渡凸圓弧；12、扭矩臺(tái)肩；13、承載面；14、導(dǎo)向面；h1、外螺紋齒高；h2、內(nèi)螺紋齒高。

具體實(shí)施方式

為了更清楚的描述本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖1所示，一種高溫高壓氣井用油套管特殊螺紋接頭，由接箍1和管體7兩部分組成。在接箍1上依次設(shè)有內(nèi)螺紋2、儲(chǔ)油退刀槽3、錐形密封面4、過(guò)渡凹圓弧5和扭矩臺(tái)肩6；在管體7端部依次設(shè)有外螺紋8、圓柱面9、球形密封面10、過(guò)渡凸圓弧11和扭矩臺(tái)肩12。使用時(shí)，內(nèi)螺紋2與外螺紋8互相嚙合，為接頭提供足夠的連接強(qiáng)度；接箍上錐形密封面4與管體上球形密封面10相擠壓接觸形成密封結(jié)構(gòu)，阻止高壓氣體泄漏，使接頭具有氣密封效果；接箍過(guò)渡凹圓弧5與管體過(guò)渡凸圓弧11形成的幾何空間為高溫高壓、復(fù)雜工況下的應(yīng)力變形提供了自由空間，可有效保護(hù)密封結(jié)構(gòu)和扭矩臺(tái)肩；扭矩臺(tái)肩6與管體扭矩臺(tái)肩12互相頂緊，形成軸向過(guò)盈配，提高接頭抗過(guò)扭、抗壓縮能力。

如圖2所示，所述外螺紋和內(nèi)螺紋均為優(yōu)化的偏梯型螺紋，外螺紋和內(nèi)螺紋之間相接觸的承載面13角度為0°，小角度承載面13提高接頭抗拉伸和彎曲的能力，提高了螺紋連接效率。導(dǎo)向面14與圖中水平面垂直線的夾角β為30°～45°。所述內(nèi)螺紋齒高h(yuǎn)2為1.70～1.85mm，外螺紋齒高h(yuǎn)1為1.50～1.70mm。

圖3所示，所述錐形密封面4的錐度為1/8～1/10，所述儲(chǔ)油退刀槽3位于螺紋連接部與密封面之間；所述過(guò)渡凹圓弧5半徑為0.4～0.8mm，扭矩臺(tái)肩6與圖中水平面垂線的夾角θ為-7 o～-10o。

圖4所示，所述管體球形密封面10的半徑為40～90mm，所述圓柱面9位于螺紋連接部與密封面之間； 過(guò)渡凸圓弧11位于球形密封面10和扭矩臺(tái)肩12的過(guò)渡處，圓弧半徑為0.9～1.2mm；所述管體的扭矩臺(tái)肩12與接箍的扭矩臺(tái)肩6相互吻合接觸，傾斜角度θ為-7°～-10°。密封面密封受力位置在距離管體端部3～5mm處。

技術(shù)效果驗(yàn)證：對(duì)規(guī)格為139.7mm×9.17mm P110-13Cr的套管按照此技術(shù)方案加工特殊螺紋接頭，并在有限元模擬分析后進(jìn)行全尺寸實(shí)物評(píng)價(jià)試驗(yàn)，通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)顯示該特殊螺紋接頭在拉伸/壓縮、60MPa內(nèi)壓、180℃高溫及彎曲度20°/100 ft的工況下未發(fā)生泄漏，接頭強(qiáng)度可達(dá)到100%管體屈服強(qiáng)度。試驗(yàn)表明該特殊螺紋接頭連接強(qiáng)度高，氣密封性能好，滿足高溫高壓、復(fù)雜工況條件氣井的使用需求。