CN101576183B - 双钩形螺纹联接膨胀套管接头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油气井工程无接箍的膨胀套管联接的双钩形螺纹联接的膨胀套管接头，公螺纹接头和母螺纹接头两端结构对应形成密封舱，由正扣和反扣着的两个碗形橡胶密封圈密封，公螺纹接头的单钩形螺纹和母螺纹接头的单钩形螺纹槽对应形成的钩形接触面第一钩面的偏角为15°，第二钩面的偏角为28°，第二钩面的高度为螺纹高度的(25～30)％，第一钩面和第二钩面之间的倒圆半径为0.5mm，螺纹背面的偏角为5°，螺纹锥度为1∶23～1∶25，螺纹第二钩钩尖为弧面；本膨胀套管接头具有双钩内外螺纹紧密咬合，消除了应力集中，强度高，且双钩多重金属-金属密封、金属-橡胶-金属密封，具有密封完整和膨胀接头强度均匀性等特点。

Description

双钩形螺纹联接膨胀套管接头

技术领域

本发明涉及一种油气井工程无接箍的膨胀套管联接的双钩形螺纹联接膨胀套管接头。

背景技术

膨胀套管技术将成为21世纪石油钻采行业起着关键性作用的技术之一。主要应用于钻井、封堵复杂地层、尾管悬挂器以及套管修复等多个领域，该技术的最终目的是实现使用同一尺寸的套管代替现行的多层套管，以提高对付多个复杂地层的能力，提高钻井作业效率，降低钻井成本。膨胀套管技术就是在井眼中将管柱径向膨胀至塑性变形区域，以达到“节省”井眼直径为目的的一种钻井工程新技术。Eventure公司于20世纪80年代末在全世界率先开始了该项技术的研究，并于1999年达到了商业应用水平。Enventure公司在膨胀套管方面已获得的专利和待批的专利达600项，主要集中在膨胀套管的螺纹连接方面。井眼变“瘦”可以使钻井成本显著降低，而且可以用膨胀套管技术对以前一些因为钻井成本太高而无法开采的井进行经济开采。在钻井中，把膨胀套管下入技术套管内，然后用特殊工具和工艺将下入的膨胀套管膨胀至与上层技术套管内壁紧贴。在裸眼部分可注水泥，在套管内重叠部分具有悬挂和密封元件。两层套管之间的内径差仅仅是膨胀后套管的壁厚，从而最大限度的节省了井眼直径，使可下入的套管层数增加，给深井，复杂地质条件的钻井和井身结构带来“革命性”的影响和重大技术经济效益。

膨胀套管技术由少数几个外国石油公司所垄断，主要包括Weatherford、Baker Hughes Qiltool公司、Enventure公司、Halliburton公司等，其中应用该技术最成熟的是Enventure公司。至2004年3月，Enventure公司已在世界上实施了209口膨胀套管作业井，累计膨胀管长度为62862m，膨胀套管接头总共为5417个，已经成为比较成熟的商业化技术，而且有广阔的应用前景。截止2005年12月，Enventure已经为全球72个油公司作业了400口井、累计下入膨胀套管150000米，并且已经在大斜度井和水平井中成功地应用了膨胀套管固井/完井技术。但有许多关键技术，如：膨胀套管接头、密封、润滑以及膨胀芯头的结构设计等属于商业保密，将该技术引进国内，其成本较高，因此迫切需要我们开发具有自主知识产权的膨胀套管技术，本发明专利就是在此背景技术下发明的双钩形螺纹联接的膨胀套管接头。

发明内容

本发明的目的是为了克服常规API套管螺纹不能满足直接加工于无接箍且壁厚较薄的膨胀套管上进行膨胀作业时保持螺纹连接的密封性和完整性的技术缺陷，基于高度非线性弹塑性螺纹接触问题以及非线性超弹性橡胶与金属表面接触问题的有限元仿真模拟技术，为膨胀套管提供一种具有很好的密封完整性以及膨胀强度均匀性的双钩形螺纹联接接头。

该双钩形螺纹联接的膨胀套管接头，由具有钩形螺纹的公螺纹接头和母螺纹接头组成，公螺纹接头由单钩形螺纹，位于公螺纹接头内端的外密封槽和外端的密封面、弧面构成；母螺纹接头由单钩形螺纹槽，位于母螺纹接头内端的内密封槽和外端的密封面、弧面构成，与对应的公螺纹接头内端的外密封槽和外端的密封面、弧面构成两个密封舱，将碗形橡胶外密封圈扣置在密封舱内，将碗形橡胶内密封圈正置在密封舱内；公螺纹接头的单钩形螺纹的钩形接触面第一钩面的偏角为15°，第二钩面的偏角为28°，第二钩面的高度为螺纹高度的(25～30)％，第一钩面和第二钩面之间的倒圆半径为0.5mm，螺纹背面的偏角为5°，螺纹锥度为1∶23～1∶25，螺纹第二钩钩尖为弧面；母螺纹接头的单钩形螺纹槽的钩形接触面对应公螺纹接头的单钩形螺纹的钩形接触面，依次底部为第二钩钩尖凹形弧接触面，第二钩接触面和端部的第一钩接触面。

该双钩螺纹具有很强的二次密封效果和均匀的接触应力分布，同时具有较强的轴向抗拉强度。

本发明的碗形橡胶外密封圈的外径为“碗底”短边结构，内径为“碗口”长边结构，碗形橡胶内密封圈的外径为“碗口”长边结构，内径为“碗底”短边结构，与前者相反。碗形结构侧面为优化设计后的样条曲面。该两种橡胶密封圈的碗口长边保证与公螺纹接头本体和母螺纹接头本体壁厚较厚部位具有较大的接触面积，保证在安装接头和接头膨胀过程中具有较大的摩擦力，使橡胶圈不会相对滑动，碗底短边与本体壁厚较薄部位具有较小的接触面积，保证碗形结构侧面的样条曲面与本体壁厚较薄部位具有较均匀的接触密封性，同时保证本体壁厚较薄部位的强度。

双钩螺纹对是由公螺纹第一钩1、公螺纹第二钩、公螺纹第二钩钩尖弧面以及母螺纹第一钩、母螺纹第二钩、母螺纹第二钩钩角弧面组成。螺纹锥度为(1∶23～1∶25)，双钩螺纹具有很强的二次密封效果和均匀的接触应力分布，同时具有较强的轴向抗拉强度。

公接头根部最后一圈螺纹设计为单钩螺纹，是为了双钩螺纹加工结束时，保证加工刀具能退出双钩槽内，用双钩刀具将第二钩铣掉并退出刀具。母接头最后一圈内螺纹根部的退刀槽的宽度设计为比刀具宽2mm，保证加工刀具能退出内螺纹。公接头密封面和母接头密封面是分别与内密封槽和外密封槽配合的无锥度的密封面，保证碗形橡胶圈的密封性。公接头弧面和母接头弧面是优化设计的封面，保证接触强度的均匀性，减小应力集中。

本发明的基于计算机数值模拟仿真设计的膨胀套管接头具有双钩内外螺纹紧密咬合，消除了应力集中，强度高，且双钩多重金属—金属密封、金属—橡胶—金属密封，具有密封完整性和膨胀接头强度均匀性。

附图说明：

图1双钩形螺纹联接膨胀套管接头结构示意图。

图2双钩形螺纹联接膨胀套管接头A部结构示意图。

图3双钩形螺纹联接膨胀套管接头B部结构示意图。

图4双钩形螺纹联接膨胀套管接头公接头结构示意图。

图5双钩形螺纹联接膨胀套管接头公接头C部结构示意图。

图6双钩形螺纹联接膨胀套管接头母接头结构示意图。

图7双钩形螺纹联接膨胀套管接头母接头D部结构示意图。

其中：1，公螺纹接头  2，母螺纹接头  3，碗形橡胶外密封圈  4，碗形橡胶内密封圈  5，钩形接触面  6，外密封槽  7，单钩形螺纹  8，密封面9，弧面  10，第一钩面  11，第二钩面  12，第二钩钩尖弧面  13，螺纹背面  14，内密封槽  15，单钩形螺纹槽  16，密封面  17，弧面  18，第一钩面接触面  19，第二钩面接触面  20，第二钩钩尖弧面接触面。

具体实施方式：

下面根据附图对所述的双钩形螺纹联接膨胀套管接头结构加以说明。

该双钩形螺纹联接的膨胀套管接头，由具有钩形螺纹的公螺纹接头1和母螺纹接头2组成，公螺纹接头1由单钩形螺纹7，位于公螺纹接头1内端的外密封槽6和外端的密封面8、弧面9构成；母螺纹接头2由单钩形螺纹槽15，位于母螺纹接头2内端的内密封槽14和外端的密封面16、弧面17构成，与对应的公螺纹接头1内端的外密封槽6和外端的密封面8、弧面9构成两个密封舱，将碗形橡胶外密封圈3扣置在密封舱内，将碗形橡胶内密封圈4正置在密封舱内；公螺纹接头1的单钩形螺纹7的钩形接触面5第一钩面10的偏角为15°，第二钩面11的偏角为28°，第二钩面11的高度为螺纹高度的(25～30)％，第一钩面10和第二钩面11之间的倒圆半径为0.5mm，螺纹背面13的偏角为5°，螺纹锥度为1∶23～1∶25，第二钩钩尖为弧面12；母螺纹接头2的单钩形螺纹槽15的钩形接触面对应公螺纹接头1的单钩形螺纹的钩形接触面5，依次底部为凹弧形第二钩钩尖弧面接触面20，第二钩面接触面19和端部的第一钩面接触面18。

Claims (1)

1. 双钩形螺纹联接的膨胀套管接头，其特征在于：由具有钩形螺纹的公螺纹接头和母螺纹接头组成，公螺纹接头由单钩形螺纹，位于公螺纹接头内端的外密封槽和外端的密封面、弧面构成；母螺纹接头由单钩形螺纹槽，位于母螺纹接头内端的内密封槽和外端的密封面、弧面构成，与对应的公螺纹接头内端的外密封槽和外端的密封面、弧面构成两个密封舱，将碗形橡胶外密封圈扣置在密封舱内，将碗形橡胶内密封圈正置在密封舱内；公螺纹接头的单钩形螺纹的钩形接触面第一钩面的偏角为15°，第二钩面的偏角为28°，第二钩面的高度为螺纹高度的(25～30)％，第一钩面和第二钩面之间的倒圆半径为0.5mm，螺纹背面的偏角为5°，螺纹锥度为1∶23～1∶25，螺纹第二钩钩尖为弧面；母螺纹接头的单钩形螺纹槽的钩形接触面对应公螺纹接头的单钩形螺纹的钩形接触面，依次底部为第二钩钩尖凹形弧接触面，第二钩接触面和端部的第一钩接触面。

Images