一種井下工具使用的氣密封螺紋結構及井下工具的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及石油井下工具技術領域，特別是涉及一種用于連接井下工具本體零部件的井下工具使用的氣密封螺紋結構及井下工具。
【背景技術】
[0002]隨著世界對化石能源需求的急劇攀升、以及石油可開采量的逐年減小，當前石油開采領域正逐步向深井、超深井、高壓油氣井、稠油熱采井、定向井等方面發展，由此對井下工具各零部件間的連接密封性提出了更高的要求。目前，井下工具各零部件間的密封連接結構為:在普通連接螺紋的前端或后端添加O型密封圈，但是其已經不能滿足當前石油開采時高溫高壓的使用環境的要求，也不能滿足耐久性和使用壽命的要求。一旦井下工具各零部件間螺紋連接結構的氣密封性失效，將造成巨大的經濟損失和環境污染。所以，為了保證石油的安全生產，勢必需要一種具有承壓能力強、使用壽命長、耐久性好等優點的氣密封螺紋結構，以提高井下工具的密封性能。
【發明內容】
[0003]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種具有高密封性的井下工具使用的氣密封螺紋結構。
[0004]為實現上述目的，本發明提供一種井下工具使用的氣密封螺紋結構，包括設有外螺紋的公扣和設有內螺紋的母扣，所述公扣和母扣相互嵌套、且公扣的外螺紋與母扣的內螺紋相連接，在所述公扣和母扣螺紋連接段的前側和/或后側設有密封單元，該密封單元包括設在公扣外周面上的外密封面、以及設在母扣內周面上的內密封面，所述外密封面與內密封面過盈配合。
[0005]進一步地，所述密封單元有兩個，分別為位于公扣和母扣螺紋連接段前側的一級密封單元、以及位于公扣和母扣螺紋連接段后側的二級密封單元;所述一級密封單元包括設在公扣外周面上的一級外密封錐面、以及設在母扣內周面上的一級內密封錐面，所述一級外密封錐面與一級內密封錐面過盈配合;所述二級密封單元包括設在公扣外周面上的二級外密封錐面、以及設在母扣內周面上的二級內密封錐面，所述二級外密封錐面與二級內密封錐面過盈配合;所述一級外密封錐面和二級外密封錐面構成所述外密封面，所述一級內密封錐面和二級內密封錐面構成所述內密封面。
[0006]優選地，所述外螺紋與一級外密封錐面、外螺紋與二級外密封錐面、內螺紋與一級內密封錐面、內螺紋與二級內密封錐面均通過圓柱面過渡連接。
[0007]優選地，所述一級外密封錐面的母線與公扣的中心線之間的夾角為5°，所述一級內密封錐面的母線與母扣的中心線之間的夾角為4.5°，所述二級外密封錐面的母線與公扣的中心線之間的夾角為5°，所述二級內密封錐面的母線與母扣的中心線之間的夾角為5°。
[0008]進一步地，還包括位于公扣和母扣之間的形變空間，該形變空間位于所述二級密封單元的后端處。
[0009]優選地，所述公扣后端設有位于二級外密封錐面后端處的第一圓弧面，所述母扣后端設有位于二級內密封錐面后端處的第二圓弧面，所述第二圓弧面的圓弧半徑是第一圓弧面的圓弧半徑的1.5?3倍，所述第一圓弧面和第二圓弧面之間圍成的區域構成所述形變空間。
[0010]進一步地，所述公扣的內周面上開設有用于允許外密封面產生彈性變形的內孔。
[0011]進一步地，所述公扣的后端設有向外突出的扭矩臺肩，當公扣和母扣螺紋擰緊后，所述扭矩臺肩的前端面與母扣的后端面相抵靠。
[0012]優選地，所述公扣和母扣的材質均為金屬。
[0013]本發明還提供一種井下工具，包括如上所述的氣密封螺紋結構。
[0014]如上所述，本發明涉及的井下工具使用的氣密封螺紋結構及井下工具，具有以下有益效果:
[0015]本申請涉及的氣密封螺紋結構中，通過外螺紋和內螺紋的相互連接可實現公扣和母扣的可靠連接，同時，通過公扣上外密封面與母扣上內密封面的過盈配合實現深井嚴苛條件下的高效密封，進而提高氣密封螺紋結構及設有該氣密封螺紋結構的井下工具的氣密封性能，最終保證石油開采的順利進行。
【附圖說明】
[0016]圖1為本申請中公扣的結構示意圖。
[0017]圖2為本申請中母扣的結構示意圖。
[0018]圖3為本申請中公扣與母扣的連接示意圖。
[0019]圖4為圖3的A圈放大圖。
[0020]元件標號說明
[0021 ]I公扣
[0022]11外螺紋
[0023]12一級外密封錐面
[0024]13二級外密封錐面
[0025]14第一圓弧面
[0026]15內孔
[0027]16扭矩臺肩
[0028]17第三圓弧面
[0029]2母扣
[0030]21內螺紋
[0031 ]22一級內密封錐面
[0032]23二級內密封錐面
[0033]24第二圓弧面
[0034]3圓柱面
[0035]4形變空間
[0036]5一級密封單元
[0037]6二級密封單元
【具體實施方式】
[0038]以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點及功效。
[0039]須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，并非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的范圍內。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的范疇。
[0040]本申請提供一種井下工具使用的氣密封螺紋結構，用于井下工具本體上各零部件間的螺紋連接，使各零部件之間具有非常好的氣密封效果；同時，本申請還提供一種井下工具，包括氣密封螺紋結構，依次來提高該井下工具的氣密封效果。如圖1至圖3所示，所述氣密封螺紋結構包括設有外螺紋11的公扣I和設有內螺紋21的母扣2，所述公扣I穿設在母扣2中、且公扣I的外螺紋11與母扣2的內螺紋21相連接，在所述公扣I和母扣2螺紋連接段的前側和/或后側設有密封單元;所述密封單元包括設在公扣I外周面上的外密封面、以及設在母扣2內周面上的內密封面，所述外密封面與內密封面過盈配合。因此，所述氣密封螺紋結構有三種實施例:實施例一、公扣I和母扣2螺紋連接段的前側設有密封單元;實施例二、公扣I和母扣2螺紋連接段的后側設有密封單元;實施例三、公扣I和母扣2螺紋連接段的前側和后側都設有密封單元。
[0041 ]本申請涉及的氣密封螺紋結構中，通過外螺紋11和內螺紋21的相互連接可實現公扣I和母扣2的可靠連接，同時，通過公扣I上外密封面與母扣2上內密封面的過盈配合實現深井嚴苛條件下的高效密封，進而提高氣密封螺紋結構及設有該氣密封螺紋結構的井下工具的氣密封性能，最終保證石油開采的順利進行。優選地，上述三個實施例中，所述公扣I和母扣2的材質均為金屬，如公扣I和母扣2可選用銅、鋼、鋁合金、鋁、鈦、鈦合金等金屬材料；公扣I和母扣2都選用金屬材質后，可大大提高公扣I和母扣2在螺紋連接段處以及密封單元處的承壓能力，從而使得該氣密封螺紋結構具有高抗拉強度、使用壽命長、耐久性好等優點。
[0042]進一步地，上述氣密封螺紋結構的三個實施例中，實施例三為較優實施例，即在公扣I和母扣2螺紋連接段的前側和后側都設有密封單元，當位于公扣I和母扣2螺紋連接段前側或后側的密封單元失效時，則位于公扣I和母扣2螺紋連接段另一側的密封單元仍是有效的，使得氣密封螺紋結構仍然具有較好的氣密封效果，從而保證井下工具的氣密封效果。
[0043]優選地，在公扣I和母扣2螺紋連接段的前側和后側都設有一個密封單元，故密封單元一共為兩個，如圖3所示，位于公扣I和母扣2螺紋連接段前側的密封單元為一級密封單元5，位于公扣I和母扣2螺紋連接段后側的密封單元為二級密封單元6。如圖1至圖3所示，所述一級密封單元5包括設在公扣I外周面上的一級外密封錐面12、以及設在母扣2內周面上的一級內密封錐面22，所述一級外密封錐面12與一級內密封錐面22過盈配合;所述二級密封單元6包括設在公扣I外周面上的二級外密封錐面13、以及設在母扣2內周面上的二級內密封錐面23，所述二級外密封錐面13與二級內密封錐面23過盈配合;所述一級外密封錐面12和二級外密封錐面13構成所述外密封面，所述一級內密封錐面22和二級內密封錐面23構成所述內密封面。因此，公扣I上的外螺紋11和母扣2上的內螺紋21僅僅起到連接和承受軸向載荷的作用，而位于公扣I和母扣2螺紋連接段的前后兩側處的密封單元起到雙級密封的作用，以提高公扣I和母扣2螺紋連接結構的氣密封效果。同時，一級外密封錐面12與一級內密封錐面22、二級外密封錐面13與二級內密封錐面23之間接觸面積大，在氣密封螺紋結構承受軸向載荷時，一級外密封錐面12與一級內密封錐面22、二級外密封錐面13與二級內密封錐面23都能有效地壓緊、壓實，故在一級密封單元5和二級密封單元6處均具有非常好的密封性能。
[0044]另外，本實