高性能螺纹接头特殊扣油井管金属对金属密封结构技术领域
本发明涉及高性能螺纹接头特殊扣油井管金属对金属密封结构，适用于具有油气
田开采过程中，井下气体压力高，对密封性能具有严苛要求井况条件下的油田用户使用。
背景技术
在使用中螺纹连接特殊扣油井管采用过程中，由于油气储备资源越来越少，开采
的地址条件越来越恶劣，此外井下存在各种腐蚀介质譬如H2S和CO2气体、CL离子，这些腐蚀
介质的存在，随着时间的推移如果单段密封失效，腐蚀介质会顺着泄露通道逐渐往螺纹内
部侵入，不断腐蚀管体和接箍螺纹部位，使得油井管的密封能力下降，油井管的使用寿命下
降。油井管密封失效后，油井内部天然气及石油泄漏，如果天然气泄漏会造成重大的人身伤
亡时间，如果石油泄漏会造成重大的海洋环境污染。为此通过对螺纹连接密封结构的优化，
急需开发出新型密封多段复合密封结构形式。
发明内容
本发明的目的是基于天津钢管集团股份有限公司现有特殊螺纹油井管结构，通过
对现有特殊螺纹连接接头密封结构的优化，开发出高性能螺纹接头特殊扣油井管金属对金
属密封结构。适用于井下气压高，对密封要求严苛，避免单段密封结构失效后腐蚀性气体通
过泄露通道进入螺纹内部，使得螺纹损伤，减少油井管使用寿命。
为实现上述的目的，本发明采用的技术方案是用于高性能螺纹接头特殊扣油井管
金属对金属密封结构，其中：该结构包括有相互拧接对顶后的接箍母端接箍单段密封接触
部位和管体公端的管体单段密封接触部位，单段密封接触部位和管体单段密封接触部位根
据管体公端前端壁厚变化，密封接触部位能够得到单段密封结构到多段密封结构，同时在
所述单段密封接触部位和管体母螺纹密封对顶台肩尖角部位采用开口和不开口的控制结
构，使接箍母端密封部位和管体公端的密封部位贴紧，管体公端和接箍母端的管体公螺纹
密封对顶台肩、管体母螺纹密封对顶台肩对顶。
并通过接箍母端单段密封接触部位和管体公端的管体单段密封接触部位的密封
面长度L范围内过嬴接触实现，在保证管体公端前端厚度大于5mm基础上，根据长度L将密封
结构由单段分割成多段形式，密封面长度在10mm内采用单段密封结构，密封长度L大于10mm
后采用多段密封结构。
本发明的效果是针对TP系列螺纹特殊扣类型油井管密封结构的优化，在使用中过
程中通过多级密封结构形成多重的密封保护，确保腐蚀性介质不能渗入螺纹，避免受到腐
蚀介质的侵害，延长油井管使用寿命。该结构的密封部位从单段密封到多段密封结构，拧接
后密封可以产生多道次的密封效果，有效阻断腐蚀泄露通道，接箍和管体螺纹部位受到保
护。拥有4段公母端密封面过嬴的密封形式接触应力最大值在1200～1400兆帕之间，且横坐
标具有应力值点的接触长度大于12mm。明显优于单段公母端密封面过嬴形式，接触面积更
大，受力更加均匀合理。
附图说明
图1是本发明密封结构鼻端密封面长度L和厚度t1意图；
图2是本发明密封结构实施例一示意图；
图3是本发明密封结构实施例二示意图；
图4是本发明密封结构实施例三示意图；
图5是本发明结构实施例四示意图；
图6是本发明结构实施例五示意图；
图7是本发明单段密封结构应力大小数值分析示意图；
图8是本发明四段密封结构应力大小数值分析示意图；
图9是本发明特殊螺纹接头装配示意图。
图中：
A、管体B、接箍
E、管体单段密封接触部位 G、管体公螺纹密封对顶台肩
F、接箍单段密封接触部位 H、管体母螺纹密封对顶台肩
E1、管体双段密封接触部位1 E2、管体双段密封接触部位2
E11、管体三段密封接触部位1 E21、管体双段密封接触部位2
E31、管体三段密封接触部位3
E12、管体四段密封接触部位1 E22、管体四段密封接触部位2
E32、管体四段密封接触部位3 E42、管体四段密封接触部位4
F1、接箍双段密封接触部位1 F2、接箍双段密封接触部位2
F11、接箍三段密封接触部位1 F21、接箍三段密封接触部位2
F31、接箍三段密封接触部位3
F12、接箍四段密封接触部位1 F22、接箍四段密封接触部位2
F32、接箍四段密封接触部位3 F42、接箍四段密封接触部位4
具体实施方式
结合附图对本发明的用于高性能螺纹接头特殊扣油井管金属对金属密封结构加
以说明。
本发明的用于高性能螺纹接头特殊扣油井管金属对金属密封结构设计思想是，通
过接箍B和管体A金属对金属密封部位采用单段到多段的密封结构形式，产生多重密封保护
效果，此种多段密封结构形式尤其适用于厚壁油井管，最终通过接箍和管体的拧接实现两
者台肩对顶，而且密封部位贴紧，实现密封功能。通过管体A和接箍B拧接管子公螺纹密封对
顶台肩G和管体母螺纹密封对顶台肩H对顶，达到管体单段密封接触部位E和接箍单段密封
接触部位F的密封面接触。
本发明的用于高性能螺纹接头特殊扣油井管金属对金属密封结构，该结构包括有
相互拧接对顶后的接箍B母端接箍单段密封接触部位F和管体A公端的管体单段密封接触部
位E，单段密封接触部位F和管体单段密封接触部位E根据管体A公端前端壁厚t1变化，密封
接触部位能够得到单段密封结构到多段密封结构，同时在所述单段密封接触部位F和管体
母螺纹密封对顶台肩H尖角部位采用开口M和不开口M的控制结构，使接箍B母端密封部位F
和管体A公端的密封部位E贴紧，管体A公端和接箍B母端的管体公螺纹密封对顶台肩G、管体
母螺纹密封对顶台肩H对顶。
并通过接箍B母端单段密封接触部位F和管体A公端的管体单段密封接触部位E的
密封面长度L范围内过嬴接触实现，在保证管体A公端前端厚度t1大于5mm基础上，根据密封
面长度将密封结构由单段分割成多段形式，密封面长度L在10mm内采用单段密封结构，密封
面长度L大于10mm后采用多段密封结构。
开口M的控制结构是母端密封面距离母端密封尖点距离范围L1为0-5mm内有角度
改变，有个0度角的水平线M和管体母螺纹密封对顶台肩H相交，然后倒角R1。
不开口M的控制结构是根据单段密封接触部位F和管体母螺纹密封对顶台肩H角度
相交的结构形式，然后交点处倒圆角R1；
不论是否具有开口M结构，均沿着管体单段密封接触部位E的角度及管体公螺纹密
封对顶台肩G的角度最终相交，然后交点处倒圆角R2。
开口M是在单段密封接触部位F接近管体母螺纹密封对顶台肩H的距离L1在0-5mm
内，将单段密封接触部位F的斜度进行更改为水平段0度角的结构变换形式。
所述接箍单段密封接触部位F和管体单段密封接触部位E均设有单段密封结构到
多段密封结构，最终通过拧接使管体单段密封接触部位E和接箍单段密封接触部位F贴紧完
成密封，使管体公螺纹密封对顶台肩G、管体母螺纹密封对顶台肩H产生对顶，完成拧接。
随着管体A公端前端厚度t1变化，管体单段密封接触部位E和接箍单段密封接触部
位F存在不同的单段密封结构到多段密封结构，当5mm≦t1≦8mm时密封采用单段密封结构；
当8mm<t1<17mm时密封采用多段密封结构的2或3段结构形式；当17mm≦t1≦23mm时密封采
用多段密封结构的3或4段结构形式，最终通过拧接完成管体单段密封接触部位E和接箍单
段密封接触部位F贴紧完成密封，以及管体公螺纹密封对顶台肩G和管体母螺纹密封对顶台
肩H产生对顶，完成拧接。
所述圆角R1半径范围0.8-1.4mm，圆角R2半径范围1-2mm，要求R2>R1，R2-R1>0.6。
图9是管体A和接箍B拧接后的特殊螺纹接头装配结构示意图。
图1是根据管体A公端前端厚度t1变化，可以将密封面长度L分为单段到多段的结
构形式。
图2是高性能螺纹接头特殊扣油井管金属对金属密封结构，通过拧接，达到管体公
螺纹密封对顶台肩G和管体母螺纹密封对顶台肩H对顶，管体单段密封接触部位E和接箍单
段密封接触部位F单段密封过盈，达到密封效果。
图3是高性能螺纹接头特殊扣油井管具有开口M的金属对金属密封结构，通过拧
接，达到管体公螺纹密封对顶台肩G和管体母螺纹密封对顶台肩H对顶，管体单段密封接触
部位E和接箍单段密封接触部位F单段密封过盈，达到密封效果。
图4是高性能螺纹接头特殊扣油井管具有开口M的金属对金属密封结构，通过拧
接，达到管体公螺纹密封对顶台肩G和管体母螺纹密封对顶台肩H对顶，管体双段密封接触
部位1E1和接箍双段密封接触部位1F1，管体双段密封接触部位2E2和接箍双段密封接触部
位2F2双段密封过盈，达到密封效果。
图5是高性能螺纹接头特殊扣油井管具有开口M的金属对金属密封结构，通过拧
接，达到管体公螺纹密封对顶台肩G和管体母螺纹密封对顶台肩H对顶，管体三段密封接触
部位1E11和接箍三段密封接触部位1F11过盈，管体三段密封接触部位2E21和接箍三段密封
接触部位2F21过盈，管体三段密封接触部位3E31和接箍三段密封接触部位3F31过盈，三段
密封接触结构，达到密封效果。
图6是高性能螺纹接头特殊扣油井管具有开口M的金属对金属密封结构，通过拧
接，达到管体公螺纹密封对顶台肩G和管体母螺纹密封对顶台肩H对顶，管体四段密封接触
部位1E12和接箍四段密封接触部位1F12过盈，管体四段密封接触部位2E22和接箍四段密封
接触部位2F22过盈，管体四段密封接触部位3E32和接箍四段密封接触部位3F32过盈，公端
密封面4E42和母端密封面4F42过盈，四段密封接触结构，达到密封效果。
图7是公母螺纹单段密封接触受力图形，图8是公母螺纹四段密封接触受力图形。
图7和图8是9 7/8in 66.9ppf TP140TB TP-G2扣型两种密封结构形式的数值分析密封面受
力看，图7纵坐标接触应力最大值在1400兆帕，图7横坐标具有应力值的点的接触长度在2mm
范围内，图8纵坐标接触应力最大值在1200～1400兆帕之间，且横坐标具有应力值点的接触
长度大于12mm，TP-G2特殊螺纹接头密封部位在保持一定过嬴接触应力下，密封接触段的长
度也是一个有力的指标，接触长度厂能够保证接触范围更大，密封效果更好。
管体A和接箍B的公母端密封部位有单段接触到多段接触的要求。多段密封有效增
加接触对，达到对管体内气体的密封效果。