CN104563903B - 等井径膨胀套管专用可膨胀连接螺纹 - Google Patents

Abstract

本发明为一种等井径膨胀套管的专用可膨胀连接螺纹，适用无接箍的等井径膨胀套管的联接。其技术方案是：包括等井径膨胀管端连接部的外螺纹[4]和内螺纹[8]，外螺纹[4]与内螺纹[8]连接后，在螺纹结合处形成金属密封面[3]，外螺纹[4]前部有‑10‑15°的倒角平面[9]，内螺纹[8]根部有‑10‑15°的倒角平面[10]，两平面相互契合，形成逆向扭矩台肩。其效果在于：逆向扭矩台肩使得外螺纹前端管体在膨胀后的回弹过程中受到一定的约束，从而减小该处缩颈现象发生时的所产生的变形量；弹性橡胶密封圈放置在两级螺纹的中部，此处外螺纹与内螺纹在膨胀之后贴合最为紧密，密封效果最佳。本连接螺纹具有较高的抗拉强度和较强的密封完整性，完全满足等井径膨胀大变形率的要求。

Description

等井径膨胀套管专用可膨胀连接螺纹

技术领域

本发明涉及管件连接技术领域，具体为一种等井径膨胀套管的专用可膨胀连接螺纹，适用无接箍的等井径膨胀套管的联接。

背景技术

随着油田开发中后期的到来，深井、复杂井将越来越多,常规井身结构有时难以解决深井及复杂井钻井中遇到的复杂地层的问题(如井漏、高压层等)，因此造成开井尺寸越来越大、钻井成本越来越高，完井井眼反而减小，也不利于油井的后期作业。

采用膨胀套管实现嵌套式膨胀来改变井身结构，能够提高井径利用率，显著减小常规井眼的锥度。但是普通膨胀套管只将膨胀套管的外径膨胀到与基础套管的内径相同，但重叠段的技术套管没有任何膨胀。这种膨胀方式，仍将导致井眼直径的缩小。随着膨胀套管的大量应用，膨胀套管技术必然向规模化转变，不仅要减小井眼锥度的影响，而且要最终消除井眼锥度，实现井身结构设计的突破——等井径井眼。

等井径膨胀套管技术作为国际膨胀套管技术和井身结构的发展方向，可以实现无内径损失钻进，可解决漏失地层、高压地层、薄层流失地层等复杂地层的钻井难题。等井径膨胀套管技术与常规膨胀套管技术相比，将产生更大的塑性变形，需要连接强度及密封性更高的膨胀螺纹。

目前所公开的专利均为普通膨胀管用连接螺纹，其径向变形率只有15％，而等井径膨胀管的径向变形率为20～25％，其塑性变形远大于前者，因此对于螺纹的连接强度和密封完整性要求更高，使用普通膨胀管螺纹无法满足等井径膨胀大变形率的要求。

发明内容

本发明的目的针对现有技术的问题，提供一种等井径膨胀套管专用可膨胀连接螺纹，该螺纹能够满足等井径大变形条件下的螺纹连接强度，并能保证其密封完整性，从而为等井径膨胀套管技术的发展提供有力的技术支持。

本发明采用的技术方案是：

一种等井径膨胀套管专用可膨胀连接螺纹，包括等井径膨胀管端连接部的外螺纹[4]和内螺纹[8]，外螺纹[4]与内螺纹[8]连接后，在螺纹结合处形成金属密封面，外螺纹[4]前部有-10°或-15°的倒角平面[9]，内螺纹[8]根部有-10°或-15°的倒角平面[10]，两平面相互契合，形成逆向扭矩台肩。

上述方案进一步包括：所述的外螺纹[4]和内螺纹[8]的螺纹锥度为1:28～1:32，螺纹螺距为5.0-5.5mm，螺纹的齿高为1.2-1.5mm；外螺纹的承载面[11]偏角与管体中心线的垂线夹角为12°～18°，外螺纹[4]的导向面[12]偏角与管体中心线的垂线夹角为9°～15°；内螺纹[8]的承载面[14]偏角与管体中心线的垂线夹角为12°～18°，内螺纹[8]的导向面[13]偏角与管体中心线的垂线夹角为9°～15°。

内螺纹[4]与外螺纹[8]均为带有锥度的螺纹，并且沿径向分为两级，两级的中线高度不同。

在外螺纹[4]的两级螺纹的中部加工有环形密封槽[5]，在环形密封槽内安有弹性橡胶密封圈[6]。

本发明的有益效果：

(1)螺纹牙型结构为改进后的偏梯形螺纹，其承载面为负角度，考虑到管体发生等井径膨胀后，其变形率大于普通膨胀管，本设计中加大了承载面与管体中心线的垂线夹角角度，为12°～18°，保证在管体发生等井径膨胀大变形的情况下，螺纹之间不会发生滑脱，且在膨胀之后保证足够的抗拉强度。

(2)管体膨胀后，在内应力的作用下，带有内外螺纹的膨胀管体均会发生径向方向的回弹，但是其回弹量有所不同。带外螺纹的膨胀管前端由于无端部约束，其回弹变形大于带内螺纹的膨胀管根部管体的变形，从而导致该处形成小的环形缩口，造成膨胀管内壁不平滑，影响后续工具的起、下，因此，在带外螺纹的膨胀管前端采用-15°的倒角，同时，在带内螺纹的膨胀管根部也进行相应处理，形成逆向扭矩台肩，使得外螺纹前端管体在膨胀后的回弹过程中受到一定的约束，从而减小该处缩颈现象发生时的所产生的变形量。

(3)在等井径膨胀过程中，由于膨胀管体径向变径率较大，而带有外螺纹的膨胀管端部由于壁厚的限制，其轴向尺寸较小，受内螺纹管体根部扭矩台肩约束有限，在膨胀后，会造成外螺纹前端与内螺纹根部之间的间隙变大，若在此处放置弹性橡胶密封，虽然密封圈不会受损，但会致使此处密封圈由于管体间所产生的间隙而造成密封圈变形量的减小或根本无变形量，使得该处密封失效。

同时，通过有限元计算以及实验研究发现，由于膨胀套管外螺纹和内螺纹在膨胀过程中的变形量不协调，在完成等井径膨胀后，外螺纹的根部与内螺纹的前部结合的几扣处，金属自密封面产生了间隙，而在外螺纹的中前部与内螺纹的中后部的螺纹连接面结合紧密。因此在外螺纹根部与内螺纹前部的接触面附近放置密封圈只能起到辅助密封的效果，无法保证密封的完整性。

因此，本发明将带有锥度的连接螺纹分为两级，把弹性橡胶密封圈放置在两级螺纹的中部，即外螺纹与内螺纹贴合最紧密的部分，以保证连接螺纹的密封性能。

附图说明

附图1一种实施例连接螺纹结构示意图。

附图2是图1中外螺纹剖面图。

附图3是图2中连接螺纹外螺纹牙型的局部A放大图。

附图4是图1中内螺纹剖面图。

附图5是图4中连接螺纹内螺纹牙型的局部B放大图。

图中：1密封槽，2密封圈，3外螺纹根部金属密封面，4外螺纹体，5密封槽，6密封圈，7外螺纹中部密封面，8内螺纹体，9外螺纹扭矩台肩面，10内螺纹扭矩台肩面，11外螺纹承载面，12外螺纹导向面，13内螺纹导向面，14内螺纹承载面。

具体实施方式

现结合说明书附图对本发明作进一步的描述。

实施例：以一个公称直径为219mm的等井径膨胀套管的专用可膨胀连接螺纹为例，对发明作进一步详细说明。

参阅图1，一种等井径膨胀套管的专用可膨胀连接螺纹，套管公称直径为219mm，管体的厚度为10.16mm。外螺纹4与内螺纹8连接后，在螺纹结合处形成金属密封面。外螺纹4前部有-15°的倒角平面9，内螺纹8根部有-15°的倒角平面10，两平面相互契合，形成逆向扭矩台肩，对连接螺纹膨胀后外螺纹前端管体的回弹起到一定的约束作用。

参阅图2，外螺纹4的螺纹锥度为1:32，螺纹的螺距为5.38mm，螺纹的齿高为1.355mm。外螺纹4沿径向分为两级，其中线高度不同。在两级锥螺纹之间有密封面7，密封面7上加工有一道环形密封槽5，长度为2.5mm，深度为1.5mm。在环形密封槽5内放置弹性橡胶密封圈6。由于此处内外螺纹在膨胀后贴合最为紧密，因此起主要的密封作用。在外螺纹4的根部有金属密封面3，在金属密封面3上加工两道环形密封槽1，长度为2.5mm，深度为1.5mm，其中放置弹性密封圈2。此处密封起辅助密封作用。

参阅图3，外螺纹4的承载面10偏角与管体中心线的垂线夹角α为12°，保证在管体发生等井径膨胀大变形的情况下，螺纹之间不会发生滑脱，且在膨胀之后保证足够的抗拉强度。外螺纹4的导向面11偏角与管体中心线的垂线夹角β为15°，保证良好的认扣性能以及足够的抗压能力。

参阅图4，内螺纹8的螺纹锥度为1:32，螺纹的螺距为5.38mm，螺纹的齿高为1.355mm。

参阅图5，内螺纹8的承载面14偏角与管体中心线的垂线夹角α为12°。内螺纹8的导向面13偏角与管体中心线的垂线夹角β为15°。

Claims (3)

1.一种等井径膨胀套管专用可膨胀连接螺纹，包括等井径膨胀管端连接部的外螺纹[4]和内螺纹[8]，其特征是：外螺纹[4]与内螺纹[8]连接后，在螺纹结合处形成金属密封面[3]，外螺纹[4]前部有-10°或-15°的倒角平面[9]，内螺纹[8]根部有-10°或-15°的倒角平面[10]，两平面相互契合，形成逆向扭矩台肩；

所述的外螺纹[4]和内螺纹[8]的螺纹锥度为1:28～1:32，螺纹螺距为5.0-5.5mm，螺纹的齿高为1.2-1.5mm；外螺纹的承载面[11]偏角与管体中心线的垂线夹角为12°～18°，外螺纹[4]的导向面[12]偏角与管体中心线的垂线夹角为9°～15°；内螺纹[8]的承载面[14]偏角与管体中心线的垂线夹角为12°～18°，内螺纹[8]的导向面[13]偏角与管体中心线的垂线夹角为9°～15°。

2.如权利要求1所述的等井径膨胀套管专用可膨胀连接螺纹，其特征是：内螺纹[4]与外螺纹[8]均为带有锥度的螺纹，并且沿径向分为两级，两级的中线高度不同。

3.如权利要求2所述的等井径膨胀套管专用可膨胀连接螺纹，其特征是：在外螺纹[4]的两级螺纹的中部加工有环形密封槽[5]，在环形密封槽内安有弹性橡胶密封圈[6]。