大膨脹率下膨脹管用快速上扣螺紋結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及范圍為石油天然氣工業(yè)鉆完井生產(chǎn)管柱連接螺紋結(jié)構(gòu)設(shè)計，特別 設(shè)及在套損補貼、地層封堵及裸眼完井中使用的一種大膨脹率膨脹管高密封并具備快速上 扣能力的螺紋接頭設(shè)計方法，W保證油氣井安全有效開采。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著石油天然氣開發(fā)的進(jìn)一步深入，鉆井深度越來越深開發(fā)難度越來越大，同時 我國許多老油田進(jìn)入了開發(fā)的后期，套損問題日益嚴(yán)重，為了解決實際勘探開發(fā)過程中所 遇到的困難，提高鉆采的速度，節(jié)約鉆井成本，實體膨脹管技術(shù)已經(jīng)被引入鉆完井過程中并 具有非常優(yōu)異的性能表現(xiàn)。
[0003] 實體膨脹管技術(shù)的基本原理就是將一種塑性良好的鋼管下到井下預(yù)訂的位置，通 過膨脹錐(膨脹錐的外徑大于鋼管的內(nèi)徑)在液壓力和/或機械力的作用下穿過膨脹管使管 材發(fā)生永久性的塑性變形達(dá)到擴大管徑的目的。實體膨脹管之間是用螺紋梓接連接組成管 柱，因此螺紋是膨脹管管柱中的最薄弱環(huán)節(jié)，其結(jié)構(gòu)完整性、密封完整性和可靠性，嚴(yán)重影 響油田的安全生產(chǎn)和管柱壽命。由于實體膨脹管螺紋在使用過程中需要經(jīng)過一次擴徑變 形，變形后需達(dá)到一定的密封和承載性能，對螺紋的密封性和完整性的要求更高，普通API 螺紋和一般的套管特殊螺紋結(jié)構(gòu)根本無法滿足需求。近年來出現(xiàn)了一些膨脹管螺紋結(jié)構(gòu)， 但是主要針對的是低膨脹率（15% W下），密封壓力也不高，導(dǎo)致無法在高膨脹變形率或?qū)?脹后密封性能要求高的工況下使用，大大的制約了膨脹管技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。目前隨著膨 脹管技術(shù)的進(jìn)步，特別是地層封堵和海洋用膨脹管技術(shù)的需求，對膨脹管的膨脹率及膨脹 后的密封性和結(jié)構(gòu)完整性提出更高要求，特別是海洋用實體膨脹管在海洋油氣開發(fā)過程中 對膨脹管下井的速度有較高的要求，如果采用常規(guī)的膨脹管螺紋設(shè)計上扣時間長、效率低， 不能滿足緊急突發(fā)事故和修井需求，同時由于海上鉆井平臺每日運行費用高，提高上扣速 度能顯著的降低承辦，因此急需一種滿足大膨脹率下高密封能快速上扣的膨脹管特殊螺紋 接頭結(jié)構(gòu)設(shè)計。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 為了解決【背景技術(shù)】中所存在的技術(shù)問題，本實用新型提出一種大膨脹率高密封并 具備快速上扣能力的膨脹管螺紋接頭主要是為了滿足大膨脹率實體膨脹管應(yīng)用時高密封 性需求，采用單鉤型螺紋牙型和低錐度螺紋設(shè)計降低了大膨脹率下螺紋變形程度，通過優(yōu) 化的雙通道多級密封結(jié)構(gòu)滿足螺紋接頭大膨脹率變形后(膨脹率10%-35%)的高密封性 能，同時通過在螺距和牙型上的優(yōu)化設(shè)計提高對扣和上扣速度，實現(xiàn)螺紋的快速上扣，并且 易于加工檢測。
[0005] 本實用新型的技術(shù)解決方案是:大膨脹率下膨脹管用快速上扣螺紋結(jié)構(gòu)，采用直 連型螺紋結(jié)構(gòu)，其特殊之處在于：
[0006] 所述螺紋接頭包括膨脹管母扣1、膨脹管公扣2;
[0007] 膨脹管母扣I由端部向內(nèi)依次設(shè)置有低錐度單鉤型母螺紋3、退刀槽5、柱面密封段 6、一級密封槽7和/或二級密封槽8、錐面密封段9W及負(fù)角度扭矩臺肩10;膨脹管公扣2由端 部向內(nèi)依次設(shè)置有負(fù)角度扭矩臺肩10、錐面密封段9、柱面密封段6、單鉤型公螺紋4;
[0008] 所述螺紋接頭采用雙通道多級密封結(jié)構(gòu)，具體是膨脹前=級密封結(jié)構(gòu)和膨脹后 二級密封結(jié)構(gòu)的雙通道密封形式；
[0009] 所述膨脹前=級密封結(jié)構(gòu)包括：
[0010] 所述膨脹管母扣1的柱面密封段6與膨脹管公扣2的柱面密封段6在膨脹前構(gòu)成柱 面對柱面一級密封結(jié)構(gòu)；
[0011] 所述膨脹管母扣1的錐面密封段9與膨脹管公扣2的錐面密封段9在膨脹前構(gòu)成錐 面對錐面二級密封結(jié)構(gòu)；
[0012] 所述膨脹管母扣1的負(fù)角度扭矩臺肩10與膨脹管公扣2的負(fù)角度扭矩臺肩10相配 合構(gòu)成膨脹前=級輔助密封結(jié)構(gòu)；
[0013] 所述單鉤型公螺紋4的螺紋螺距為每英寸3~4牙，其外螺紋的牙頂與螺紋的中軸 線平行；
[0014] 所述膨脹后二級密封結(jié)構(gòu)包括：
[0015] 所述膨脹管母扣1的一級密封槽7W及設(shè)置在一級密封槽7內(nèi)的彈性密封膠或者易 焊接金屬與膨脹管公扣2的柱面密封段6構(gòu)成一級密封槽結(jié)構(gòu)；
[0016] 所述膨脹管母扣1的二級密封槽8W及設(shè)置在二級密封槽8內(nèi)的抗暴0型密封圈與 膨脹管公扣2的錐面密封段9構(gòu)成二級密封槽結(jié)構(gòu)；
[0017] 所述一級密封槽7和二級密封槽8由端部向內(nèi)依次設(shè)置。
[0018] 上述膨脹管母扣1還包括由端部向內(nèi)依次設(shè)置且位于低錐度單鉤型母螺紋3外側(cè) 的端部臺肩12、端部柱面11;
[0019] 膨脹管公扣2還包括由端部向內(nèi)依次設(shè)置且位于單鉤型公螺紋4內(nèi)側(cè)的端部柱面 11、端部臺肩12;
[0020] 所述膨脹管母扣1的端部臺肩12、端部柱面11分別與膨脹管公扣2的端部臺肩12、 端部柱面11相匹配。
[0021] 上述錐面密封段9上設(shè)置有輔助密封弧面7A，所述膨脹管母扣1的一級密封槽7W 及設(shè)置在一級密封槽7內(nèi)的彈性密封膠或者易焊接金屬與膨脹管公扣2的輔助密封弧面7A 構(gòu)成一級密封槽結(jié)構(gòu)。
[0022] 上述單鉤型母螺紋3和單鉤型公螺紋4的錐度為1:16~1:26。
[0023] 上述錐面對錐面密封段中膨脹管母扣1的錐面密封段9與膨脹管公扣2的錐面密封 段9采用相同或不同的錐度。
[0024] 上述錐面對錐面密封段中膨脹管母扣1的錐面密封段9的錐度為1:8~1:16;所述 膨脹管公扣2的錐面密封段9的錐面錐度為1:6~1:16。
[0025] 上述單鉤型公螺紋4包括外螺紋，外螺紋的承載面12采用負(fù)角度結(jié)構(gòu)，承載面12與 管柱軸線的法線夾角為-1~-8°，外螺紋的導(dǎo)向面14與管柱軸線的法線夾角為5~-30%所 述單鉤型母螺紋與單鉤型公螺紋相匹配;所述負(fù)角度扭矩臺肩的負(fù)角為8~15%所述柱面 對柱面密封段的過盈量為0.0 l~0.4mm。
[0026] 本實用新型優(yōu)點：通過合理的低錐度單鉤型螺紋設(shè)計，保證了螺紋有足夠的厚度 來保持強度同時大大改善螺紋在大膨脹率變形中的扭曲程度，提高螺紋的承載能力和密封 性，在密封面設(shè)計中采用雙通道多級密封結(jié)構(gòu)，通過設(shè)計膨脹前=級密封結(jié)構(gòu)和膨脹后二 級密封結(jié)構(gòu)雙通道密封形式，滿足螺紋接頭經(jīng)過大膨脹率變形(膨脹率10 % - 35 % )后對高 密封性和高承載能力的要求，并且密封結(jié)構(gòu)和密封能力在膨脹管柱收到拉伸和壓縮載荷時 不受影響，極大的提高了螺紋接頭的膨脹率和密封性能。
[0027] 在螺紋牙型設(shè)計上通過采用螺紋的牙頂和的牙底低均與螺紋的中軸線平行的設(shè) 計，運種設(shè)計能顯著提高對扣的深度和準(zhǔn)確度，同時在在螺距的設(shè)計上采用大螺距的設(shè)計 使得螺紋的上扣速度顯著提高，通過兩種方法的結(jié)合，可W減少對扣時間，實現(xiàn)螺紋的快 速上扣，提高膨脹管螺紋在應(yīng)用時的上扣效率。
[0028] 同時在錐面對錐面密封段中公扣端錐面和母扣端錐面可采用不同的錐度W控制 過盈點位置和最大密封接觸壓力，改善螺紋的抗粘扣性能，防止因損傷造成的螺紋密封失 效?？筛鶕?jù)工況要求在膨脹后二級密封結(jié)構(gòu)中可選用任何一種密封槽或者全部二級結(jié)構(gòu)， 結(jié)構(gòu)靈活，便于提高加工檢測效率和降低成本。
【附圖說明】
[0029] 圖1(a)、圖1(b)是大膨脹率實體膨脹管用高密封能力的螺紋接頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖2是本實用新型螺紋接頭膨脹變形前結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ]圖3是本實用新型膨脹變形后的螺紋接頭密封槽結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖4是本實用新型螺紋接頭公扣輔助密封弧面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖5是螺紋牙型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖6是本實用新型螺紋接頭上扣后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖7是實施例一 28%膨脹率下0型橡膠圈沿槽壁的接觸壓力示意圖；
[0036] 圖8是實施例二20%膨脹率下0型橡膠圈沿槽壁的接觸壓力示意圖；
【具體實施方式】
[0037] 本實用新型的特殊螺紋接頭結(jié)構(gòu)設(shè)計見