本發(fā)明涉及油管、套管的螺紋連接技術(shù)，更具體地說(shuō)，涉及一種兩段式螺紋接頭及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、石油開(kāi)采中使用量最大的油套管產(chǎn)品一直是api標(biāo)準(zhǔn)中的圓螺紋和偏梯形螺紋接頭。圓螺紋易加工，且擰接后只在齒頂、齒底圓角處有間隙，在被螺紋脂填充后，密封性能較好。但該螺紋上扣過(guò)盈量大，易發(fā)生批量粘扣；且圓螺紋抗滑脫性能差，接頭抗拉性能只有管體的60％～80％，當(dāng)拉伸力增大時(shí)，接頭將發(fā)生脫扣，使管柱掉井，引發(fā)生產(chǎn)事故。因此，偏梯形螺紋被發(fā)明出來(lái)，偏梯形螺紋抗拉性能高，但是該螺紋四個(gè)圓角(0～0.05mm)和軸向齒寬存在的間隙(0.03～0.20mm)，如圖1所示。這些間隙使得偏梯形螺紋密封性能不佳。雖然可以使用螺紋脂在一定程度上填充內(nèi)、外齒之間的孔隙，但是接頭在交變的拉伸、壓縮載荷下，螺紋導(dǎo)向面和承載面之間的間隙交替出現(xiàn)。當(dāng)接頭受到一個(gè)較大的拉伸力作用時(shí)，內(nèi)、外螺紋的螺紋兩個(gè)承載面受到很大的壓應(yīng)力，此時(shí)內(nèi)、外螺紋的導(dǎo)向面之間出現(xiàn)最大的間隙；當(dāng)接頭受到一個(gè)較大的壓縮力作用時(shí)，內(nèi)、外螺紋的螺紋兩個(gè)導(dǎo)向面受到很大的壓應(yīng)力，此時(shí)內(nèi)、外螺紋的承載面之間出現(xiàn)最大的間隙。

2、隨著易開(kāi)采石油的逐漸開(kāi)采殆盡，如今石油開(kāi)采難度的越來(lái)越大，而且隨著新的開(kāi)采工藝的采用，如酸化壓裂、頁(yè)巖氣長(zhǎng)水平井、旋轉(zhuǎn)下井、套管鉆井等，對(duì)接頭的抗扭、抗壓縮同時(shí)提出了很高的要求。

3、為了提高螺紋的性能，國(guó)內(nèi)外鋼管廠家都開(kāi)發(fā)了高氣密封優(yōu)質(zhì)螺紋接頭。該接頭螺紋通常采用改進(jìn)的偏梯形螺紋，內(nèi)螺紋齒高大于外螺紋齒高，有8牙、6牙、5牙和4牙每英寸，可用于從60.32mm到508mm的外徑。同時(shí)在外螺紋端部增加一個(gè)金屬對(duì)金屬過(guò)盈密封結(jié)構(gòu)和對(duì)頂臺(tái)肩，在內(nèi)螺紋底端增加一個(gè)金屬對(duì)金屬過(guò)盈密封結(jié)構(gòu)和對(duì)頂臺(tái)肩。

4、通常在接頭端部增加一個(gè)扭矩臺(tái)肩的方式，可以提高接頭的抗扭和抗壓縮性能，但是由于內(nèi)通徑、管體壁厚等限制，抗扭性能提高有限。并且該產(chǎn)品尺寸公差要求高，加工難度大，因此價(jià)格也大大提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種兩段式螺紋接頭及其制備方法，為了進(jìn)一步提高螺紋接頭的抗扭性能，同時(shí)仍然保證螺紋接頭產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明第一方面提供了一種兩段式螺紋接頭：

4、所述螺紋接頭包括一個(gè)公接頭和一個(gè)母接頭，所述公接頭的外螺紋與所述母接頭的內(nèi)螺紋相互旋合擰接；

5、所述外螺紋上沿所述公接頭的端部向內(nèi)依次設(shè)置完整螺紋段和不完整螺紋段；

6、所述內(nèi)螺紋上沿所述母接頭的端部向內(nèi)依次設(shè)置不完整螺紋對(duì)應(yīng)段和完整螺紋對(duì)應(yīng)段；

7、所述完整螺紋段與所述完整螺紋對(duì)應(yīng)段之間處于全嚙合狀態(tài)。

8、較佳的，所述外螺紋與所述內(nèi)螺紋均設(shè)置為梯形螺紋；

9、所述梯形螺紋沿螺線的剖面依次由導(dǎo)向面、齒頂、承載面和齒底構(gòu)成；

10、所述完整螺紋段與所述完整螺紋對(duì)應(yīng)段之間有一段或多段所述導(dǎo)向面與所述承載面兩側(cè)處于全嚙合狀態(tài)。

11、較佳的，所述外螺紋、所述內(nèi)螺紋上所述導(dǎo)向面的角度均為-10°～30°，所述承載面的角度均為-10°～10°。

12、較佳的，所述外螺紋的齒高h(yuǎn)p小于或等于所述內(nèi)螺紋的齒高h(yuǎn)b。

13、較佳的，所述外螺紋、所述內(nèi)螺紋的錐度t均為(1:8)～(1:18)。

14、較佳的，所述外螺紋上所述不完整螺紋段的軸向長(zhǎng)度g為：

15、

16、較佳的，所述外螺紋上所述不完整螺紋段的所述導(dǎo)向面的螺距ps1、所述承載面的螺距pl1等于螺距p；

17、所述外螺紋上所述完整螺紋段的所述導(dǎo)向面的螺距ps2、所述承載面的螺距pl2；

18、所述內(nèi)螺紋上所述不完整螺紋對(duì)應(yīng)段的所述導(dǎo)向面的螺距ps1等于所述承載面的螺距pl1；

19、所述內(nèi)螺紋上所述完整螺紋對(duì)應(yīng)段的所述導(dǎo)向面的螺距ps2小于所述承載面的螺距pl2；即

20、p＝ps1＝pl1???(2)

21、ps2＜pl2???(3)。

22、較佳的，所述外螺紋與所述內(nèi)螺紋相互旋合擰接后，所述不完整螺紋段與所述不完整螺紋對(duì)應(yīng)段沿螺線的齒寬方向具有間隙gap；

23、0.03mm≤gap≤0.30mm???(4)。

24、較佳的，當(dāng)所述完整螺紋段與所述完整螺紋對(duì)應(yīng)段之間有一段或多段所述導(dǎo)向面與所述承載面兩側(cè)處于全嚙合狀態(tài)時(shí)，所述完整螺紋段的所述導(dǎo)向面的螺距ps2與所述承載面的螺距pl2滿足如下關(guān)系式：

25、

26、2p≤lf≤l7???(6)

27、其中，l7為完整螺紋段長(zhǎng)度，lf為最終旋合后，全嚙合螺紋長(zhǎng)度。

28、本發(fā)明第二方面提供了一種兩段式螺紋接頭的制備方法：

29、采用第一成型刀片在加工公接頭的外螺紋時(shí)，以螺距p加工出所述外螺紋的全部螺紋，以螺距pl2加工出所述外螺紋的完整螺紋段的承載面，當(dāng)所述第一成型刀片經(jīng)過(guò)所述完整螺紋段與所述外螺紋的不完整螺紋段之間的分界線時(shí)，所述第一成型刀片再以螺距p沿已加工出的齒槽路徑退出所述第一成型刀片；

30、采用第二成型刀片在加工公接頭的內(nèi)螺紋時(shí)，以螺距p沿所述內(nèi)螺紋的導(dǎo)向面加工出所述內(nèi)螺紋的全部螺紋，以螺距pl1沿所述內(nèi)螺紋的承載面加工出所述內(nèi)螺紋的完整螺紋對(duì)應(yīng)段，當(dāng)所述第二成型刀片經(jīng)過(guò)所述完整螺紋對(duì)應(yīng)段與所述內(nèi)螺紋的不完整螺紋對(duì)應(yīng)段之間的分界線時(shí)，所述第二成型刀片再以螺距p沿所述承載面加工出所述不完整螺紋對(duì)應(yīng)段；

31、通過(guò)所述制備方法加工制備所述的兩段式螺紋接頭。

32、較佳的，所述第一成型刀片的寬度wpt等于所述不完整螺紋段的齒槽寬wp，即

33、wpt＝wp???(7)。

34、較佳的，所述不完整螺紋段上最大齒槽寬wpmax計(jì)算如下：

35、

36、較佳的，所述第二成型刀片的寬度wbt等于距離外端面長(zhǎng)度為所述不完整螺紋對(duì)應(yīng)段的長(zhǎng)度g加上所述完整螺紋對(duì)應(yīng)段的長(zhǎng)度l7的前一牙位置處的齒槽寬度。

37、較佳的，所述第二成型刀片的寬度wbt與所述不完整螺紋對(duì)應(yīng)段的齒槽寬度wb、最小齒槽寬度wbmin的關(guān)系如下：

38、

39、本發(fā)明所提供的一種兩段式螺紋接頭及其制備方法，進(jìn)一步提高接頭的抗扭性能，同時(shí)仍然保證產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性，通過(guò)調(diào)整完整螺紋段的螺紋導(dǎo)向面與承載面的螺距，使得在完整螺紋上必有一段或全部螺紋導(dǎo)向面和承載面兩側(cè)處于全嚙合狀態(tài)，從而提供更高的螺紋密封性能與螺紋抗扭性能，以及保證螺紋無(wú)論處于拉伸/壓縮狀態(tài)，接頭不會(huì)再交替出現(xiàn)間隙，保證連接的穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種兩段式螺紋接頭，其特征在于：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩段式螺紋接頭，其特征在于：所述外螺紋與所述內(nèi)螺紋均設(shè)置為梯形螺紋；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩段式螺紋接頭，其特征在于：所述外螺紋、所述內(nèi)螺紋上所述導(dǎo)向面的角度均為-10°～30°，所述承載面的角度均為-10°～10°。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩段式螺紋接頭，其特征在于：所述外螺紋的齒高h(yuǎn)p小于或等于所述內(nèi)螺紋的齒高h(yuǎn)b。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的兩段式螺紋接頭，其特征在于：所述外螺紋、所述內(nèi)螺紋的錐度t均為(1:8)～(1:18)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的兩段式螺紋接頭，其特征在于，所述外螺紋上所述不完整螺紋段的軸向長(zhǎng)度g為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的兩段式螺紋接頭，其特征在于，所述外螺紋上所述不完整螺紋段的所述導(dǎo)向面的螺距ps1、所述承載面的螺距pl1等于螺距p；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的兩段式螺紋接頭，其特征在于，所述外螺紋與所述內(nèi)螺紋相互旋合擰接后，所述不完整螺紋段與所述不完整螺紋對(duì)應(yīng)段沿螺線的齒寬方向具有間隙gap；

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的兩段式螺紋接頭，其特征在于，當(dāng)所述完整螺紋段與所述完整螺紋對(duì)應(yīng)段之間有一段或多段所述導(dǎo)向面與所述承載面兩側(cè)處于全嚙合狀態(tài)時(shí)，所述完整螺紋段的所述導(dǎo)向面的螺距ps2與所述承載面的螺距pl2滿足如下關(guān)系式：

10.一種兩段式螺紋接頭的制備方法，其特征在于：

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于：所述第一成型刀片的寬度wpt等于所述不完整螺紋段的齒槽寬wp，即

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制備方法，其特征在于，所述不完整螺紋段上最大齒槽寬wpmax計(jì)算如下：

13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于：所述第二成型刀片的寬度wbt等于距離外端面長(zhǎng)度為所述不完整螺紋對(duì)應(yīng)段的長(zhǎng)度g加上所述完整螺紋對(duì)應(yīng)段的長(zhǎng)度l7的前一牙位置處的齒槽寬度。

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制備方法，其特征在于，所述第二成型刀片的寬度wbt與所述不完整螺紋對(duì)應(yīng)段的齒槽寬度wb、最小齒槽寬度wbmin的關(guān)系如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種兩段式螺紋接頭，所述螺紋接頭包括一個(gè)公接頭和一個(gè)母接頭，所述公接頭的外螺紋與所述母接頭的內(nèi)螺紋相互旋合擰接；所述外螺紋上沿所述公接頭的端部向內(nèi)依次設(shè)置完整螺紋段和不完整螺紋段；所述內(nèi)螺紋上沿所述母接頭的端部向內(nèi)依次設(shè)置不完整螺紋對(duì)應(yīng)段和完整螺紋對(duì)應(yīng)段；所述完整螺紋段與所述完整螺紋對(duì)應(yīng)段之間處于全嚙合狀態(tài)。本發(fā)明公開(kāi)了一種兩段式螺紋接頭的制備方法。本發(fā)明為了進(jìn)一步提高螺紋接頭的抗扭性能，同時(shí)仍然保證螺紋接頭產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性。

技術(shù)研發(fā)人員：詹先覺(jué),高展,羅蒙,張春霞,朱文琪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：寶山鋼鐵股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15