一种钛合金油管用抗粘扣气密封螺纹接头制造技术

本实用新型专利技术涉及石油天然气生产管柱设计领域，特别涉及一种钛合金油管用抗粘扣气密封螺纹接头。本实用新型专利技术解决了现有钛合金油管的螺纹结构使用时易发生粘扣和密封失效现象。本实用新型专利技术包括母扣和公扣；母扣由端部向内依次设置有第一梯形内螺纹、第二梯形内螺纹、退刀槽、第一锥面密封段、第一柱面密封段和第一负角度扭矩台肩；公扣由端部向内依次设置有第二负角度扭矩台肩、第二柱面密封段、第二锥面密封段、梯形外螺纹；母扣和公扣配合后形成三级密封结构：锥面对锥面一级密封结构；柱面对柱面二级密封结构；母扣的第一负角度扭矩台肩和公扣的第二负角度扭矩台肩配合形成三级密封结构。

A Titanium Alloy Tubing Thread Joint with Anti-sticking Gas Seal

The utility model relates to the design field of oil and natural gas production pipe string, in particular to an anti-sticking gas sealing threaded joint for titanium alloy oil pipe. The utility model solves the problem that the threaded structure of the existing titanium alloy tubing is prone to sticking and sealing failure when used. The utility model comprises a master buckle and a public buckle; the master buckle is sequentially provided with the first trapezoidal internal thread, the second trapezoidal internal thread, the knife withdrawal groove, the first conical sealing section, the first cylindrical sealing section and the first negative angle torque shoulder from the end to the inside; the public buckle is sequentially provided with the second negative angle torque shoulder, the second cylindrical sealing section, the second conical sealing section and the trapezoidal external thread from the end to the inside; Three-stage sealing structure is formed after the combination of buckle and buckle: conical first-level sealing structure; cylindrical second-level sealing structure; the first negative angle torque shoulder of master buckle and the second negative angle torque shoulder of public buckle form three-stage sealing structure.

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金油管用抗粘扣气密封螺纹接头
本技术涉及石油天然气生产管柱设计领域，特别涉及一种钛合金油管用具有抗粘扣性能的气密封螺纹接头。
技术介绍
我国西部和西南油气田的大多油井具有高温(大于140℃)、高压(大于100MPa)、井深(大于5000m)的特点，并且含有高腐蚀介质(CO2、H2S、CL－)，井况比较苛刻，为了适应这些油气田对油套管耐腐蚀性的要求，钛合金已经被引入制造油套管，钛合金由于具有比强度高、耐蚀性优异、弹性模量低、易于冷成型、耐海水冲刷等优良特性，其非常优异的性能成为高端石油管材的优选材料。在石油天然气工业开发过程中，所采用的油套管是用螺纹拧接连接组成的管柱，而螺纹是油套管柱中的最薄弱环节，其结构的完整性、密封的完整性和可靠性严重影响油田的安全生产和管柱寿命。普通的API螺纹无法满足在高温、高压、高腐蚀介质含量等“三高”油气田环境中的密封完整性，极易发生严重的油气泄漏事故，由于在这些油气中含有H2S等有毒物质，给油气安全、周边生态环境和人民生命财产安全带来极大的威胁。钛合金材料具有弹性模量低、表面硬度低，耐磨性能差和热传导系数低等特点，在钛合金材料管柱加工普通的API螺纹极易发生粘扣现象，以钢铁材料为基础设计的一般特殊螺纹结构也不适用于钛合金油管，容易发生粘扣和密封失效现象，因此为保障“三高”油气田的安全开发、进一步促进钛合金油套管在石油天然气行业中的推广应用，急需为钛合金管柱设计一种具有可靠地密封性能和抗粘扣性能的螺纹结构。
技术实现思路
为解决现有钛合金油管的螺纹结构使用时易发生粘扣和密封失效现象，本技术提出一种钛合金油管用抗粘扣气密封螺纹接头，该螺纹接头在梯形螺纹基础上增加两级金属密封和一个负角度扭矩台肩密封，通过多级密封设计提高螺纹接头的气密封可靠性，同时通过改变螺纹参数减小螺纹接头上的应力状态，提高抗粘扣性能。本技术解决上述问题的技术方案是，一种钛合金油管用抗粘扣气密封螺纹接头，其特殊之处在于：包括母扣和公扣；母扣由端部向内依次设置有第一梯形内螺纹、第二梯形内螺纹、退刀槽、第一锥面密封段、第一柱面密封段和第一负角度扭矩台肩；公扣由端部向内依次设置有第二负角度扭矩台肩、第二柱面密封段、第二锥面密封段、梯形外螺纹；第一梯形内螺纹和第二梯形内螺纹均与梯形外螺纹配合，第二梯形内螺纹的锥度与梯形外螺纹的锥度相同，第一梯形内螺纹的锥度大于第二梯形内螺纹的锥度；母扣和公扣配合后形成三级密封结构：母扣的第一锥面密封段和公扣的第二锥面密封段形成锥面对锥面一级密封结构；母扣的第一柱面密封段和公扣的第二柱面密封段形成柱面对柱面二级密封结构；母扣的第一负角度扭矩台肩和公扣的第二负角度扭矩台肩配合形成三级密封结构。以上为本技术的基本结构，基于该基本结构，本技术还做出以下优化改进：进一步地，上述梯形外螺纹的锥度为1:16；第一梯形内螺纹的锥度为1:10～1:14。进一步地，上述所述母扣的第一负角度扭矩台肩和公扣的第二负角度扭矩台肩的负角均为9°～11°。进一步地，上述母扣的第一锥面密封段锥度为1:4～1:6；公扣的第二锥面密封段锥度为1:6～1:9。进一步地，上述第一梯形内螺纹的螺纹长度为25～30mm。进一步地，上述梯形外螺纹，其牙顶与公扣的轴线平行；其牙底与梯形外螺纹的母线平行。进一步地，上述梯形外螺纹的承载面与公扣轴线的法线夹角为3～10°；承载面与牙顶之间的倒角为0.3～0.45mm，牙顶与梯形外螺纹的导向面之间的倒角为0.85～0.95mm。进一步地，上述母扣和公扣配合后形成三级密封结构均采用过盈配合。进一步地，上述柱面对柱面二级密封结构的过盈量0.01～0.25mm。本技术的优点：1、本技术一种钛合金油管用抗粘扣气密封螺纹接头，其使用多级密封设计提高了螺纹接头的气密封可靠性；在接箍母扣上采用变锥度设计，即第一梯形内螺纹的锥度大于第二梯形内螺纹的锥度，使其具有良好抗粘扣性，解决了高温、高压、高腐蚀介质含量等“三高”油气田安全开发问题；2、本技术一种钛合金油管用抗粘扣气密封螺纹接头，通过合理的锥面对锥面一级密封结构、柱面对柱面二级密封结构和负角度扭矩台肩三级密封的三级金属对金属过盈密封设计，使螺纹接头三级密封部位过盈接触压力都低于材料屈服强度的80％，降低了上扣过程对密封面造成损伤的可能性，同时使接头仍具有较高的密封可靠性，当钛合金管体受拉伸载荷和内压载荷时螺纹接头的密封性能不受影响，同时由于密封面位置靠近螺纹起始端远离管子端部，可以对密封面提供较好的保护，防止搬运过程中的意外损伤；3、本技术一种钛合金油管用抗粘扣气密封螺纹接头，采用了改进的偏梯形螺纹牙型设计，保证螺纹牙型上有合理的应力分配，有效防止应力集中，同时在油套管接箍的端部有一段第二梯形内螺纹，其采用了变锥度设计，减小了接箍螺纹大端的解除压力和应力集中，可以有效的防止钛合金油套管粘扣发生，使本设计螺纹结构具有优良的抗粘扣性能。附图说明图1为本技术一种钛合金油管用抗粘扣气密封螺纹接头的整体结构图；图2为图1中A处放大图；图3为图1中梯形外螺纹的结构图；图4为本技术一种钛合金油管用抗粘扣气密封螺纹接头的装配图；图5为图4中B处放大图。其中，1-母扣；2-公扣；3-第一梯形内螺纹；4-第二梯形内螺纹；5-退刀槽；6-一级密封结构；61-第一锥面密封段；62-第二锥面密封段；7-二级密封结构；71-第一柱面密封段；72-第二柱面密封段；8-三级密封结构；81-第一负角度扭矩台肩；82-第二负角度扭矩台肩；9-梯形外螺纹；91-牙顶；92-牙底；93-承载面；94-导向面。具体实施方式以下结合附图对本技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本技术，并不用于限定本技术。参见图1-图5，本技术的钛合金油管用抗粘扣气密封螺纹接头，包括母扣1和公扣2；母扣1由端部向内依次设置有第一梯形内螺纹3、第二梯形内螺纹4、退刀槽5、第一锥面密封段61、第一柱面密封段71和第一负角度扭矩台肩81；公扣2由端部向内依次设置有第二负角度扭矩台肩82、第二柱面密封段72、第二锥面密封段62、梯形外螺纹9。退刀槽5用于加工螺纹时螺纹梳刀退刀，同时在螺纹上扣后起储存多余螺纹脂的作用，降低螺纹脂压力对接头密封性能的负面影响。第一梯形内螺纹3和第二梯形内螺纹4均与梯形外螺纹9配合，所述第一梯形内螺纹3的锥度为1:10～1:14，螺纹长度为25～30mm。第二梯形内螺纹4和梯形外螺纹9的锥度均为1:16；第一梯形内螺纹3的锥度大于第二梯形内螺纹4的锥度，通过变锥度的梯形内螺纹大端减小了应力集中，可以有效的防止粘扣发生。母扣1的第一负角度扭矩台肩81和公扣2的第二负角度扭矩台肩82的负角均为9°～11°；母扣1的第一锥面密封段61锥度为1:4～1:6；公扣2的第二锥面密封段62锥度为1:6～1:9。母扣1和公扣2配合后形成三级密封结构：母扣1的第一锥面密封段61和公扣2的第二锥面密封段62形成锥面对锥面一级密封结构6；这是一对金属对金属密封结构，保证上扣后接头气密封性能。母扣1的第一柱面密封段71和公扣2的第二柱面密封段72形成柱面对柱面二级密封结构7；二级密封结构7在螺纹接头承受本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛合金油管用抗粘扣气密封螺纹接头，其特征在于：包括母扣(1)和公扣(2)；母扣(1)由端部向内依次设置有第一梯形内螺纹(3)、第二梯形内螺纹(4)、退刀槽(5)、第一锥面密封段(61)、第一柱面密封段(71)和第一负角度扭矩台肩(81)；公扣(2)由端部向内依次设置有第二负角度扭矩台肩(82)、第二柱面密封段(72)、第二锥面密封段(62)和梯形外螺纹(9)；第一梯形内螺纹(3)和第二梯形内螺纹(4)均与梯形外螺纹(9)配合，第二梯形内螺纹(4)的锥度与梯形外螺纹(9)的锥度相同，第一梯形内螺纹(3)的锥度大于第二梯形内螺纹(4)的锥度；母扣(1)和公扣(2)配合后形成三级密封结构：母扣(1)的第一锥面密封段(61)和公扣(2)的第二锥面密封段(62)形成锥面对锥面一级密封结构(6)；母扣(1)的第一柱面密封段(71)和公扣(2)的第二柱面密封段(72)形成柱面对柱面二级密封结构(7)；母扣(1)的第一负角度扭矩台肩(81)和公扣(2)的第二负角度扭矩台肩(82)配合形成三级密封结构(8)。

【技术特征摘要】
1.一种钛合金油管用抗粘扣气密封螺纹接头，其特征在于：包括母扣(1)和公扣(2)；母扣(1)由端部向内依次设置有第一梯形内螺纹(3)、第二梯形内螺纹(4)、退刀槽(5)、第一锥面密封段(61)、第一柱面密封段(71)和第一负角度扭矩台肩(81)；公扣(2)由端部向内依次设置有第二负角度扭矩台肩(82)、第二柱面密封段(72)、第二锥面密封段(62)和梯形外螺纹(9)；第一梯形内螺纹(3)和第二梯形内螺纹(4)均与梯形外螺纹(9)配合，第二梯形内螺纹(4)的锥度与梯形外螺纹(9)的锥度相同，第一梯形内螺纹(3)的锥度大于第二梯形内螺纹(4)的锥度；母扣(1)和公扣(2)配合后形成三级密封结构：母扣(1)的第一锥面密封段(61)和公扣(2)的第二锥面密封段(62)形成锥面对锥面一级密封结构(6)；母扣(1)的第一柱面密封段(71)和公扣(2)的第二柱面密封段(72)形成柱面对柱面二级密封结构(7)；母扣(1)的第一负角度扭矩台肩(81)和公扣(2)的第二负角度扭矩台肩(82)配合形成三级密封结构(8)。2.根据权利要求1所述的一种钛合金油管用抗粘扣气密封螺纹接头，其特征在于：梯形外螺纹(9)的锥度为1:16；第一梯形内螺纹(3)的锥度为1:10～1:14。3.根据权利要求2所述的一种钛合金油管用抗粘扣气密封螺纹接头，其特征在于：所述母扣(1)的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，宋生印，白强，汪鹏勃，田峰，张鸿博，杨专钊，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司管材研究所，西安三环科技开发总公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61