CN105422019A - 大膨胀率下膨胀管用快速上扣螺纹结构及加工制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出大膨胀率下膨胀管用快速上扣螺纹结构，采用直连型螺纹结构，螺纹接头包括膨胀管母扣、膨胀管公扣；膨胀管母扣由端部向内依次设置有低锥度单钩型母螺纹、退刀槽、柱面密封段、一级密封槽和/或二级密封槽、锥面密封段以及负角度扭矩台肩；膨胀管公扣由端部向内依次设置有负角度扭矩台肩、锥面密封段、柱面密封段、单钩型公螺纹；螺纹接头采用双通道多级密封结构，具体是膨胀前三级密封结构和膨胀后二级密封结构的双通道密封形式；本发明通过优化的双通道多级密封结构满足螺纹接头大膨胀率变形后的高密封性能，同时通过在螺距和牙型上的优化设计提高对扣和上扣速度，实现螺纹的快速上扣，并且易于加工检测。
Description
技术领域
本发明涉及范围为石油天然气工业钻完井生产管柱连接螺纹结构设计，特别涉及在套损补贴、地层封堵及裸眼完井中使用的一种大膨胀率膨胀管高密封并具备快速上扣能力的螺纹接头设计方法，以保证油气井安全有效开采。
背景技术
随着石油天然气开发的进一步深入，钻井深度越来越深开发难度越来越大，同时我国许多老油田进入了开发的后期，套损问题日益严重，为了解决实际勘探开发过程中所遇到的困难，提高钻采的速度，节约钻井成本，实体膨胀管技术已经被引入钻完井过程中并具有非常优异的性能表现。
实体膨胀管技术的基本原理就是将一种塑性良好的钢管下到井下预订的位置，通过膨胀锥(膨胀锥的外径大于钢管的内径)在液压力和/或机械力的作用下穿过膨胀管使管材发生永久性的塑性变形达到扩大管径的目的。实体膨胀管之间是用螺纹拧接连接组成管柱，因此螺纹是膨胀管管柱中的最薄弱环节，其结构完整性、密封完整性和可靠性，严重影响油田的安全生产和管柱寿命。由于实体膨胀管螺纹在使用过程中需要经过一次扩径变形，变形后需达到一定的密封和承载性能，对螺纹的密封性和完整性的要求更高，普通API螺纹和一般的套管特殊螺纹结构根本无法满足需求。近年来出现了一些膨胀管螺纹结构，但是主要针对的是低膨胀率(15％以下)，密封压力也不高，导致无法在高膨胀变形率或对胀后密封性能要求高的工况下使用，大大的制约了膨胀管技术的发展和应用。目前随着膨胀管技术的进步，特别是地层封堵和海洋用膨胀管技术的需求，对膨胀管的膨胀率及膨胀后的密封性和结构完整性提出更高要求，特别是海洋用实体膨胀管在海洋油气开发过程中对膨胀管下井的速度有较高的要求，如果采用常规的膨胀管螺纹设计上扣时间长、效率低，不能满足紧急突发事故和修井需求，同时由于海上钻井平台每日运行费用高，提高上扣速度能显著的降低承办，因此急需一种满足大膨胀率下高密封能快速上扣的膨胀管特殊螺纹接头结构设计。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出一种大膨胀率高密封并具备快速上扣能力的膨胀管螺纹接头主要是为了满足大膨胀率实体膨胀管应用时高密封性需求，采用单钩型螺纹牙型和低锥度螺纹设计降低了大膨胀率下螺纹变形程度，通过优化的双通道多级密封结构满足螺纹接头大膨胀率变形后(膨胀率10％‐35％)的高密封性能，同时通过在螺距和牙型上的优化设计提高对扣和上扣速度，实现螺纹的快速上扣，并且易于加工检测。
本发明的技术解决方案是：大膨胀率下实体膨胀管用高密封性螺纹接头，采用直连型螺纹结构，其特殊之处在于：
所述螺纹接头包括膨胀管母扣1、膨胀管公扣2；
膨胀管母扣1由端部向内依次设置有低锥度单钩型母螺纹3、退刀槽5、柱面密封段6、一级密封槽7和/或二级密封槽8、锥面密封段9以及负角度扭矩台肩10；膨胀管公扣2由端部向内依次设置有负角度扭矩台肩10、锥面密封段9、柱面密封段6、单钩型公螺纹4；
所述螺纹接头采用双通道多级密封结构，具体是膨胀前三级密封结构和膨胀后二级密封结构的双通道密封形式；
所述膨胀前三级密封结构包括：
所述膨胀管母扣1的柱面密封段6与膨胀管公扣2的柱面密封段6在膨胀前构成柱面对柱面一级密封结构；
所述膨胀管母扣1的锥面密封段9与膨胀管公扣2的锥面密封段9在膨胀前构成锥面对锥面二级密封结构；
所述膨胀管母扣1的负角度扭矩台肩10与膨胀管公扣2的负角度扭矩台肩10相配合构成膨胀前三级辅助密封结构；
所述单钩型公螺纹4的螺纹螺距为每英寸3～4牙，其外螺纹的牙顶与螺纹的中轴线平行；
所述膨胀后二级密封结构包括：
所述膨胀管母扣1的一级密封槽7以及设置在一级密封槽7内的弹性密封胶或者易焊接金属与膨胀管公扣2的柱面密封段6构成一级密封槽结构；
所述膨胀管母扣1的二级密封槽8以及设置在二级密封槽8内的抗暴O型密封圈与膨胀管公扣2的锥面密封段9构成二级密封槽结构；
所述一级密封槽7和二级密封槽8由端部向内依次设置。
上述膨胀管母扣1还包括由端部向内依次设置且位于低锥度单钩型母螺纹3外侧的端部台肩12、端部柱面11；
膨胀管公扣2还包括由端部向内依次设置且位于单钩型公螺纹4内侧的端部柱面11、端部台肩12；
所述膨胀管母扣1的端部台肩12、端部柱面11分别与膨胀管公扣2的端部台肩12、端部柱面11相匹配。
上述锥面密封段9上设置有辅助密封弧面7A，所述膨胀管母扣1的一级密封槽7以及设置在一级密封槽7内的弹性密封胶或者易焊接金属与膨胀管公扣2的辅助密封弧面7A构成一级密封槽结构。
上述单钩型母螺纹3和单钩型公螺纹4的锥度为1:16～1:26。
上述锥面对锥面密封段中膨胀管母扣1的锥面密封段9与膨胀管公扣2的锥面密封段9采用相同或不同的锥度。
上述锥面对锥面密封段中膨胀管母扣1的锥面密封段9的锥度为1:8～1:16；所述膨胀管公扣2的锥面密封段9的锥面锥度为1:6～1:16。
上述单钩型公螺纹4包括外螺纹，外螺纹的承载面12采用负角度结构，承载面12与管柱轴线的法线夹角为-1～-8°，外螺纹的导向面14与管柱轴线的法线夹角为5～-30°；所述单钩型母螺纹与单钩型公螺纹相匹配；所述负角度扭矩台肩的负角为8～15°；所述柱面对柱面密封段的过盈量为0.01～0.4mm。
大膨胀率下膨胀管用快速上扣螺纹结构的加工方法，其特殊之处在于：包括公扣的加工和母扣的加工；
加工母扣：
1)首先使用粗车刀片加工端部台肩12、整体螺纹锥面、柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9和负角度扭矩台肩10，使整体螺纹锥面角度与螺纹锥度相同；在粗加工柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9和负角度扭矩台肩10时留0.1‐0.4mm的精加工余量；
2)使用精车刀片依次加工柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9及负角度扭矩台肩10到要求的尺寸，使用槽刀加工退刀槽5、一级密封槽结构7和二级密封槽结构8；
3)使用螺纹成形梳刀用螺纹所设计的螺距加工螺纹，最后倒毛刺并打磨起始扣和最后一点螺纹部分的毛刺，并检验螺纹参数；
加工公扣：
4)首先使用粗车刀片加工端部台肩12、整体螺纹锥面、柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9和负角度扭矩台肩10，整体螺纹锥面角度与螺纹锥度相同；粗加工时预留0.1-0.2mm的加工余量；
5)使用螺纹成形梳刀用螺纹所设计的螺距加工螺纹，最后使用精车刀片依次加工柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9及负角度扭矩台肩10到要求的尺寸，倒毛刺并打磨起始扣和最后一点螺纹部分的毛刺，并检验螺纹参数。
粗车时数控机床主轴转速300-400r/min，进给量为0.5-1mm/r；精车时数控机床主轴转速350-400r/min，进给量为0.1-0.2mm/r；加工螺纹时主轴转速为250-350r/min，每英寸4牙进给量为6.35mm/r，每英寸3牙进给量为8.467mm/r；加工退刀槽及密封槽结构时，主轴转速为200-300r/min，进给量为0.1-0.2mm/r。
本发明优点：通过合理的低锥度单钩型螺纹设计，保证了螺纹有足够的厚度来保持强度同时大大改善螺纹在大膨胀率变形中的扭曲程度，提高螺纹的承载能力和密封性，在密封面设计中采用双通道多级密封结构，通过设计膨胀前三级密封结构和膨胀后二级密封结构双通道密封形式，满足螺纹接头经过大膨胀率变形(膨胀率10％‐35％)后对高密封性和高承载能力的要求，并且密封结构和密封能力在膨胀管柱收到拉伸和压缩载荷时不受影响，极大的提高了螺纹接头的膨胀率和密封性能。
在螺纹牙型设计上通过采用螺纹的牙顶和的牙底低均与螺纹的中轴线平行的设计，这种设计能显著提高对扣的深度和准确度，同时在在螺距的设计上采用大螺距的设计使得螺纹的上扣速度显著提高，通过两种方法的结合，可以减少对扣时间，实现螺纹的快速上扣，提高膨胀管螺纹在应用时的上扣效率。
同时在锥面对锥面密封段中公扣端锥面和母扣端锥面可采用不同的锥度以控制过盈点位置和最大密封接触压力，改善螺纹的抗粘扣性能，防止因损伤造成的螺纹密封失效。可根据工况要求在膨胀后二级密封结构中可选用任何一种密封槽或者全部二级结构，结构灵活，便于提高加工检测效率和降低成本。
附图说明
图1(a)、图1(b)是大膨胀率实体膨胀管用高密封能力的螺纹接头结构示意图；
图2是本发明螺纹接头膨胀变形前结构示意图；
图3是本发明膨胀变形后的螺纹接头密封槽结构示意图；
图4是本发明二级密封槽结构内抗暴O型密封圈产生的高密封压力示意图；
图5是本发明螺纹接头公扣辅助密封弧面结构示意图；
图6是螺纹牙型结构示意图；
图7是本发明螺纹接头上扣后的结构示意图；
图8是实施例一28％膨胀率下O型橡胶圈沿槽壁的接触压力示意图；
图9是实施例二20％膨胀率下O型橡胶圈沿槽壁的接触压力示意图；
具体实施方式
本发明的特殊螺纹接头结构设计见图1(a)，图1(b)，螺纹接头采用直连型螺纹结构，其中1为膨胀管母扣，2为膨胀管公扣，在膨胀管母扣1和公扣2上分别加工低锥度单钩型母螺纹3和公螺纹4，与单钩型母螺纹3左边相连的是锥面密封段11和端部台肩12，用于控制上扣位置；与单钩型母螺纹3右边相连的是退刀槽5，用于加工螺纹时螺纹梳刀退刀，同时在螺纹上扣后起储存多余螺纹脂，降低螺纹脂压力对接头密封性能的负面影响；与退刀槽5相连的是一对柱面对柱面密封段6，在柱面对柱面密封段6上设计有一级密封槽结构7，在柱面对柱面密封段6右边与之相连的是二级密封槽结构8，在二级密封槽结构8右边是一对锥面对锥面密封段9，与锥面对锥面密封段9通过一个过渡倒角连接的是负角度扭矩台肩10，用于控制上扣位置同时具有辅助密封作用。
在本发明中，柱面对柱面密封段6、锥面对锥面密封段9和负角度扭矩台肩10组成膨胀前三级密封结构，上扣后柱面对柱面密封段6及锥面对锥面密封段9具有较高的密封性，当螺纹接头受到拉伸载荷和较高的内压时密封性能不受影响，可以满足膨胀管施工时管柱下放和初始压力建立，并且由于合理的过盈量设计可以防止粘扣发生，负角度扭矩台肩10不但可以控制上扣扭矩，同时具有辅助三级密封作用，合理的负角度设计使负角度扭矩台肩10在一定拉伸载荷作用下仍可保持辅助密封效果。
本发明所述锥面对锥面密封段9中公扣端锥面和母扣端锥面可采用不同的锥度以控制过盈点位置和最大密封接触压力，改善螺纹的抗粘扣性能，防止因损伤造成的螺纹密封失效。
考虑到大的膨胀率下膨胀后螺纹结构变形较大，柱面对柱面密封段6、锥面对锥面密封段9和负角度扭矩台肩10在膨胀后均发生较大变形发生密封失效，如图2所示，本发明特别设计了膨胀后二级密封结构：一级密封槽结构7和二级密封槽结构8，通过专门设计可以保证这2种密封槽结构在大膨胀率变形后依然可以保持结构完整不发生大的改变，如图3所示。膨胀前，在内填充弹性密封胶或者易焊接金属如锡等，在二级密封槽结构8内安装抗暴O型密封圈，在上扣过程中一级密封槽结构7内的弹性密封胶与公扣柱面密封段6反应粘接，或者公扣与一级密封槽结构7相应部位也表面涂覆易焊接金属如锌等，在上扣过程中公扣上的金属与一级密封槽结构7内的金属摩擦生热产生金属焊接，当螺纹经过大膨胀率变形后，由于2种密封槽依然结构完整，在一级密封槽结构7内存在弹性密封胶密封或者金属焊接，在二级密封槽结构8内存有抗暴O型密封圈产生的高密封压力(如图4所示)，因此经过大的膨胀变形后，在2个密封槽的二级密封作用下该螺纹结构依然具备高密封能力。
本发明中所述公扣与一级密封槽结构7相对部位可加工为辅助密封弧面7A，如图5所示，可以进一步提高密封效果。
本发明中所述可以去掉锥面密封段11和端部台肩12不影响本发明结构和密封效果。
本发明中所述一级密封槽结构7和二级密封槽结构8可根据使用需求全部加工或者选取其中一个进行加工。
本发明所述在螺纹设计上，采用低锥度结构，低锥度单钩型母螺纹3和公螺纹4的锥度均远小于API螺纹的锥度，锥度为1:16～1:26，这种设计可以显著的减小螺纹锥度带来的壁厚减薄，提高螺纹结构的承载能力，在牙型上采用单钩型螺纹牙型设计，如图6所示，外螺纹的承载面12采用负角度结构设计，承载面12与管柱轴线的法线夹角为-1～-8°，外螺纹的导向面14与管柱轴线的法线夹角为5～30°，这种结构可以大大改善螺纹在大膨胀率变形中的扭曲程度，提高螺纹的承载能力和密封性。
本发明所述螺纹结构为了方便对扣同时加快上扣速度，外螺纹的牙顶13和外螺纹的牙底15，以及内螺纹的牙顶和压低均与螺纹的中轴线平行，同时在螺距的设计上不同于一般的API螺纹和其他特殊扣，采用的是每英寸3～4牙设计，每英寸牙数根据膨胀管的外径不同而不同。螺纹结构组成及尺寸要求参见表1：
表1
在加工本发明所述大膨胀率膨胀管高密封并具备快速上扣能力的螺纹接头时，应使用数控机床加工。
在加工母扣时，首先使用粗车刀片加工端部台肩12、整体螺纹锥面、柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9和负角度扭矩台肩10，整体螺纹锥面角度与螺纹锥度相同，在粗加工柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9和负角度扭矩台肩10时留0.1‐0.4mm的精加工余量；然后使用精车刀片依次加工柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9及负角度扭矩台肩10到要求的尺寸，使用槽刀加工退刀槽5、一级密封槽结构7和二级密封槽结构8、最后使用螺纹成形梳刀用螺纹所设计的螺距加工螺纹，最后倒毛刺并打磨起始扣和最后一点螺纹部分的毛刺，并检验螺纹参数。
加工公扣时，首先使用粗车刀片加工端部台肩12、整体螺纹锥面、柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9和负角度扭矩台肩10，整体螺纹锥面角度与螺纹锥度相同；粗加工时预留0.1-0.2mm的加工余量，然后使用螺纹成形梳刀用螺纹所设计的螺距加工螺纹，最后使用精车刀片依次加工柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9及负角度扭矩台肩10到要求的尺寸，倒毛刺并打磨起始扣和最后一点螺纹部分的毛刺，并检验螺纹参数
粗车时数控机床主轴转速300-400r/min，进给量为0.5-1mm/r；精车时数控机床主轴转速350-400r/min，进给量为0.1-0.2mm/r；加工螺纹时主轴转速为250-350r/min，每英寸4牙进给量为6.35mm/r，每英寸3牙进给量为8.467mm/r；加工退刀槽及密封槽结构时，主轴转速为200-300r/min，进给量为0.1-0.2mm/r。
具体实施可根据具体工况的要求，选用不同规格的实体膨胀管进行螺纹制备。
螺纹上扣后使用配置工具将螺纹结构沿直径方向膨胀10％～35％，使用水压机在膨胀管内部打压并检测螺纹部分是否发生泄漏，，使用拉伸试验机对带本发明所述螺纹接头的实体膨胀管进行整管拉伸试验，检测螺纹承载能力。
实施例一：可膨胀28％的140mm×8mm实体膨胀管螺纹接头
采用140mm×8mm实体膨胀管管体加工本发明螺纹接头，具体参数见表2。
加工该螺纹使用数控机床，在加工母扣时，首先使用粗车刀片加工端部台肩12、整体螺纹锥面、柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9和负角度扭矩台肩10，整体螺纹锥面角度与螺纹锥度相同，在粗加工柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9和负角度扭矩台肩10时留0.2mm的精加工余量；然后使用精车刀片依次加工柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9及负角度扭矩台肩10到要求的尺寸，使用槽刀加工退刀槽5、一级密封槽结构7和二级密封槽结构8、最后使用螺纹成形梳刀用螺纹所设计的螺距加工螺纹，最后倒毛刺并打磨起始扣和最后一点螺纹部分的毛刺，并检验螺纹参数。
加工公扣时，首先使用粗车刀片加工端部台肩12、整体螺纹锥面、柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9和负角度扭矩台肩10，整体螺纹锥面角度与螺纹锥度相同；粗加工时预留0.1mm的加工余量，然后使用螺纹成形梳刀用螺纹所设计的螺距加工螺纹，最后使用精车刀片依次加工柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9及负角度扭矩台肩10到要求的尺寸，倒毛刺并打磨起始扣和最后一点螺纹部分的毛刺，并检验螺纹参数
粗车时数控机床主轴转速300r/min，进给量为0.5mm/r；精车时数控机床主轴转速400r/min，进给量为0.1mm/r；加工螺纹时主轴转速为300r/min，每英寸4牙进给量为6.35mm/r；加工退刀槽及密封槽结构时，主轴转速为200r/min，进给量为0.2mm/r。
加工后母扣磷化10um厚。一级密封槽结构7内填充弹性密封胶密封，二级密封槽结构8内装防爆O型橡胶圈。上扣时两端均匀涂抹螺纹脂，工厂端采用最大扭矩上扣，现场端采用最佳扭矩上扣，上扣速度比同规格API扣型快30％。
表2实施例一螺纹加工参数
对上好扣的螺纹接头进行28％膨胀率的膨胀作业，膨胀后二级密封槽结构8内防爆O型橡胶圈沿槽壁的接触压力见图8。
对膨胀后的螺纹进行水压试验，打压40MPa保压30分钟无压力降低，同时拉伸试验加载1700kN轴向载荷没有泄露发生，螺纹结构满足结构完整性、高密封性要求。
实施例二：可膨胀20％的245mm×12mm实体膨胀管螺纹接头
采用245mm×12mm实体膨胀管管体加工本发明螺纹接头，具体参数见表3。
使用数控机床加工该螺纹，在加工母扣时，首先使用粗车刀片加工端部台肩12、整体螺纹锥面、柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9和负角度扭矩台肩10，整体螺纹锥面角度与螺纹锥度相同，在粗加工柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9和负角度扭矩台肩10时留0.1mm的精加工余量；然后使用精车刀片依次加工柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9及负角度扭矩台肩10到要求的尺寸，使用槽刀加工退刀槽5、一级密封槽结构7和二级密封槽结构8、最后使用螺纹成形梳刀用螺纹所设计的螺距加工螺纹，最后倒毛刺并打磨起始扣和最后一点螺纹部分的毛刺，并检验螺纹参数。
加工公扣时，首先使用粗车刀片加工端部台肩12、整体螺纹锥面、柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9和负角度扭矩台肩10，整体螺纹锥面角度与螺纹锥度相同；粗加工时预留0.2mm的加工余量，然后使用螺纹成形梳刀用螺纹所设计的螺距加工螺纹，最后使用精车刀片依次加工柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9及负角度扭矩台肩10到要求的尺寸，倒毛刺并打磨起始扣和最后一点螺纹部分的毛刺，并检验螺纹参数
粗车时数控机床主轴转速350r/min，进给量为0.8mm/r；精车时数控机床主轴转速400r/min，进给量为0.1mm/r；加工螺纹时主轴转速为350r/min，每英寸3牙进给量为8.467mm/r；加工退刀槽及密封槽结构时，主轴转速为250r/min，进给量为0.2mm/r。
加工后母扣磷化10um厚。一级密封槽结构7内和公扣与一级密封槽结构7相对部位涂覆锌合金层，二级密封槽结构8内装防爆O型橡胶圈。
上扣时两端均匀涂抹螺纹脂，工厂端采用最大扭矩上扣，现场端采用最佳扭矩上扣。上扣速度比同规格API扣型快45％。
表3实施例一螺纹加工参数
对上好扣的螺纹接头进行20％膨胀率的膨胀作业，膨胀后二级密封槽结构8内防爆O型橡胶圈沿槽壁的接触压力见图9。
对膨胀后的螺纹进行水压试验，打压35MPa保压30分钟无压力降低，同时拉伸试验加载3234kN轴向载荷没有泄露发生，螺纹结构满足结构完整性、高密封性要求。
Claims (9)
1.大膨胀率下膨胀管用快速上扣螺纹结构，采用直连型螺纹结构，其特征在于：
所述螺纹接头包括膨胀管母扣(1)、膨胀管公扣(2)；
膨胀管母扣(1)由端部向内依次设置有低锥度单钩型母螺纹(3)、退刀槽(5)、柱面密封段(6)、一级密封槽(7)和/或二级密封槽(8)、锥面密封段(9)以及负角度扭矩台肩(10)；膨胀管公扣(2)由端部向内依次设置有负角度扭矩台肩(10)、锥面密封段(9)、柱面密封段(6)、单钩型公螺纹(4)；
所述螺纹接头采用双通道多级密封结构，具体是膨胀前三级密封结构和膨胀后二级密封结构的双通道密封形式；
所述膨胀前三级密封结构包括：
所述膨胀管母扣(1)的柱面密封段(6)与膨胀管公扣(2)的柱面密封段(6)在膨胀前构成柱面对柱面一级密封结构；
所述膨胀管母扣(1)的锥面密封段(9)与膨胀管公扣(2)的锥面密封段(9)在膨胀前构成锥面对锥面二级密封结构；
所述膨胀管母扣(1)的负角度扭矩台肩(10)与膨胀管公扣(2)的负角度扭矩台肩(10)相配合构成膨胀前三级辅助密封结构；
所述单钩型公螺纹(4)的螺纹螺距为每英寸3～4牙，其外螺纹的牙顶与螺纹的中轴线平行；
所述膨胀后二级密封结构包括：
所述膨胀管母扣(1)的一级密封槽(7)以及设置在一级密封槽(7)内的弹性密封胶或者易焊接金属与膨胀管公扣(2)的柱面密封段(6)构成一级密封槽结构；
所述膨胀管母扣(1)的二级密封槽(8)以及设置在二级密封槽(8)内的抗暴O型密封圈与膨胀管公扣(2)的锥面密封段(9)构成二级密封槽结构；
所述一级密封槽(7)和二级密封槽(8)由端部向内依次设置。
2.根据权利要求1所述的大膨胀率下膨胀管用快速上扣螺纹结构，其特征在于：
所述膨胀管母扣(1)还包括由端部向内依次设置且位于低锥度单钩型母螺纹(3)外侧的端部台肩(12)、端部柱面(11)；
膨胀管公扣(2)还包括由端部向内依次设置且位于单钩型公螺纹(4)内侧的端部柱面(11)、端部台肩(12)；
所述膨胀管母扣(1)的端部台肩(12)、端部柱面(11)分别与膨胀管公扣(2)的端部台肩(12)、端部柱面(11)相匹配。
3.根据权利要求2所述的大膨胀率下膨胀管用快速上扣螺纹结构，其特征在于：所述锥面密封段(9)上设置有辅助密封弧面(7A)，所述膨胀管母扣(1)的一级密封槽(7)以及设置在一级密封槽(7)内的弹性密封胶或者易焊接金属与膨胀管公扣(2)的辅助密封弧面(7A)构成一级密封槽结构。
4.根据权利要求3所述的大膨胀率下膨胀管用快速上扣螺纹结构，其特征在于：所述单钩型母螺纹(3)和单钩型公螺纹(4)的锥度为1:16～1:26。
5.根据权利要求4所述的大膨胀率下膨胀管用快速上扣螺纹结构，其特征在于：所述锥面对锥面密封段中膨胀管母扣(1)的锥面密封段(9)与膨胀管公扣(2)的锥面密封段(9)采用相同或不同的锥度。
6.根据权利要求5所述的大膨胀率下膨胀管用快速上扣螺纹结构，其特征在于：所述锥面对锥面密封段中膨胀管母扣(1)的锥面密封段(9)的锥度为1:8～1:16；所述膨胀管公扣(2)的锥面密封段(9)的锥面锥度为1:6～1:16。
7.根据权利要求6所述的大膨胀率下膨胀管用快速上扣螺纹结构，其特征在于：所述单钩型公螺纹(4)包括外螺纹，外螺纹的承载面(12)采用负角度结构，承载面(12)与管柱轴线的法线夹角为-1～-8°，外螺纹的导向面(14)与管柱轴线的法线夹角为5～-30°；所述单钩型母螺纹与单钩型公螺纹相匹配；所述负角度扭矩台肩的负角为8～15°；所述柱面对柱面密封段的过盈量为0.01～0.4mm。
8.大膨胀率下膨胀管用快速上扣螺纹结构的加工方法，其特征在于：包括公扣的加工和母扣的加工；
加工母扣：
1)首先使用粗车刀片加工端部台肩(12)、整体螺纹锥面、柱面对柱面密封段(6)，锥面对锥面密封段(9)和负角度扭矩台肩(10)，使整体螺纹锥面角度与螺纹锥度相同；在粗加工柱面对柱面密封段(6)，锥面对锥面密封段(9)和负角度扭矩台肩(10)时留0.1‐0.4mm的精加工余量；
2)使用精车刀片依次加工柱面对柱面密封段(6)，锥面对锥面密封段(9)及负角度扭矩台肩(10)到要求的尺寸，使用槽刀加工退刀槽(5)、一级密封槽结构(7)和二级密封槽结构(8)；
3)使用螺纹成形梳刀用螺纹所设计的螺距加工螺纹，最后倒毛刺并打磨起始扣和最后一点螺纹部分的毛刺，并检验螺纹参数；
加工公扣：
4)首先使用粗车刀片加工端部台肩(12)、整体螺纹锥面、柱面对柱面密封段(6)，锥面对锥面密封段(9)和负角度扭矩台肩(10)，整体螺纹锥面角度与螺纹锥度相同；粗加工时预留0.1-0.2mm的加工余量；
5)使用螺纹成形梳刀用螺纹所设计的螺距加工螺纹，最后使用精车刀片依次加工柱面对柱面密封段(6)，锥面对锥面密封段(9)及负角度扭矩台肩(10)到要求的尺寸，倒毛刺并打磨起始扣和最后一点螺纹部分的毛刺，并检验螺纹参数。
9.根据权利要求8所述的大膨胀率下膨胀管用快速上扣螺纹结构的加工方法，其特征在于：粗车时数控机床主轴转速300-400r/min，进给量为0.5-1mm/r；精车时数控机床主轴转速350-400r/min，进给量为0.1-0.2mm/r；加工螺纹时主轴转速为250-350r/min，每英寸4牙进给量为6.35mm/r，每英寸3牙进给量为8.467mm/r；加工退刀槽及密封槽结构时，主轴转速为200-300r/min，进给量为0.1-0.2mm/r。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106437551A (zh) * | 2016-11-15 | 2017-02-22 | 东营威玛石油钻具有限公司 | 一种密封性能优良的高抗扭钻杆接头 |
| CN106437552A (zh) * | 2016-11-15 | 2017-02-22 | 东营威玛石油钻具有限公司 | 一种高密封钻杆接头 |
| CN107558934A (zh) * | 2017-10-09 | 2018-01-09 | 天津钢管集团股份有限公司 | 直连型套管螺纹接头 |
| CN107639244A (zh) * | 2017-09-13 | 2018-01-30 | 中国石油天然气集团公司管材研究所 | 带应力槽石油钻杆接头加工组合刀具及加工方法 |
| CN110799721A (zh) * | 2017-06-07 | 2020-02-14 | 伊藤忠丸红钢管美国公司 | 抵抗压缩力的螺纹连接部 |
| CN116537710A (zh) * | 2023-06-07 | 2023-08-04 | 上海海隆石油管材研究所 | 一种极限扭矩石油钻杆接头及其制备方法 |
Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201056993Y (zh) * | 2007-06-26 | 2008-05-07 | 大港油田集团有限责任公司 | 双钩式螺纹联接扣 |
| CN201159054Y (zh) * | 2008-01-31 | 2008-12-03 | 华鼎鸿基石油工程技术(北京)有限公司 | 可膨胀螺纹连接机构 |
| CN101418673A (zh) * | 2008-12-11 | 2009-04-29 | 中国石油天然气集团公司 | 单钩形螺纹及端面金属自密封膨胀套管 |
| CN101456124A (zh) * | 2008-11-25 | 2009-06-17 | 地质矿产部无锡钻探工具厂 | 提高绳索钻杆螺纹加工质量的方法 |
| CN201372739Y (zh) * | 2008-10-29 | 2009-12-30 | 西安摩尔石油工程实验室 | 一种适合径向扩张变形的石油套管特殊螺纹联接装置 |
| CN201723179U (zh) * | 2010-07-09 | 2011-01-26 | 无锡西姆莱斯石油专用管制造有限公司 | 气密封油套管螺纹接头 |
| CN201778678U (zh) * | 2010-08-25 | 2011-03-30 | 中国海洋石油总公司 | 一种石油套管螺纹接头 |
| CN201818246U (zh) * | 2010-10-22 | 2011-05-04 | 黄远斌 | 一种直连型油、套管螺纹接头 |
| CN102126028A (zh) * | 2011-03-11 | 2011-07-20 | 烟台宝钢钢管有限责任公司 | 一种api套管螺纹外倒角角度的加工方法及加工设备 |
| CN202380987U (zh) * | 2011-12-30 | 2012-08-15 | 中国石油天然气集团公司 | 薄壁膨胀管内外螺纹接头 |
| CN203081336U (zh) * | 2012-12-28 | 2013-07-24 | 中国石油化工股份有限公司 | 用于膨胀套管的无接箍膨胀外螺纹接头和内螺纹接头 |
| CN103291228A (zh) * | 2013-06-07 | 2013-09-11 | 中国石油集团石油管工程技术研究院 | 一种油套管特殊螺纹及其加工方法 |
| CN103527110A (zh) * | 2013-09-18 | 2014-01-22 | 西安三环科技开发总公司 | 一种钛合金油套管用多级密封抗粘扣型螺纹 |
| CN104563903A (zh) * | 2013-10-27 | 2015-04-29 | 中国石油化工集团公司 | 等井径膨胀套管专用可膨胀连接螺纹 |
| CN205259965U (zh) * | 2015-12-09 | 2016-05-25 | 中国石油集团石油管工程技术研究院 | 大膨胀率下膨胀管用快速上扣螺纹结构 |
-
2015
- 2015-12-09 CN CN201510908132.9A patent/CN105422019B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201056993Y (zh) * | 2007-06-26 | 2008-05-07 | 大港油田集团有限责任公司 | 双钩式螺纹联接扣 |
| CN201159054Y (zh) * | 2008-01-31 | 2008-12-03 | 华鼎鸿基石油工程技术(北京)有限公司 | 可膨胀螺纹连接机构 |
| CN201372739Y (zh) * | 2008-10-29 | 2009-12-30 | 西安摩尔石油工程实验室 | 一种适合径向扩张变形的石油套管特殊螺纹联接装置 |
| CN101456124A (zh) * | 2008-11-25 | 2009-06-17 | 地质矿产部无锡钻探工具厂 | 提高绳索钻杆螺纹加工质量的方法 |
| CN101418673A (zh) * | 2008-12-11 | 2009-04-29 | 中国石油天然气集团公司 | 单钩形螺纹及端面金属自密封膨胀套管 |
| CN201723179U (zh) * | 2010-07-09 | 2011-01-26 | 无锡西姆莱斯石油专用管制造有限公司 | 气密封油套管螺纹接头 |
| CN201778678U (zh) * | 2010-08-25 | 2011-03-30 | 中国海洋石油总公司 | 一种石油套管螺纹接头 |
| CN201818246U (zh) * | 2010-10-22 | 2011-05-04 | 黄远斌 | 一种直连型油、套管螺纹接头 |
| CN102126028A (zh) * | 2011-03-11 | 2011-07-20 | 烟台宝钢钢管有限责任公司 | 一种api套管螺纹外倒角角度的加工方法及加工设备 |
| CN202380987U (zh) * | 2011-12-30 | 2012-08-15 | 中国石油天然气集团公司 | 薄壁膨胀管内外螺纹接头 |
| CN203081336U (zh) * | 2012-12-28 | 2013-07-24 | 中国石油化工股份有限公司 | 用于膨胀套管的无接箍膨胀外螺纹接头和内螺纹接头 |
| CN103291228A (zh) * | 2013-06-07 | 2013-09-11 | 中国石油集团石油管工程技术研究院 | 一种油套管特殊螺纹及其加工方法 |
| CN103527110A (zh) * | 2013-09-18 | 2014-01-22 | 西安三环科技开发总公司 | 一种钛合金油套管用多级密封抗粘扣型螺纹 |
| CN104563903A (zh) * | 2013-10-27 | 2015-04-29 | 中国石油化工集团公司 | 等井径膨胀套管专用可膨胀连接螺纹 |
| CN205259965U (zh) * | 2015-12-09 | 2016-05-25 | 中国石油集团石油管工程技术研究院 | 大膨胀率下膨胀管用快速上扣螺纹结构 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李传军: "《机械CAM技术与应用》", 30 September 2005 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106437551A (zh) * | 2016-11-15 | 2017-02-22 | 东营威玛石油钻具有限公司 | 一种密封性能优良的高抗扭钻杆接头 |
| CN106437552A (zh) * | 2016-11-15 | 2017-02-22 | 东营威玛石油钻具有限公司 | 一种高密封钻杆接头 |
| CN110799721A (zh) * | 2017-06-07 | 2020-02-14 | 伊藤忠丸红钢管美国公司 | 抵抗压缩力的螺纹连接部 |
| CN107639244A (zh) * | 2017-09-13 | 2018-01-30 | 中国石油天然气集团公司管材研究所 | 带应力槽石油钻杆接头加工组合刀具及加工方法 |
| CN107558934A (zh) * | 2017-10-09 | 2018-01-09 | 天津钢管集团股份有限公司 | 直连型套管螺纹接头 |
| CN116537710A (zh) * | 2023-06-07 | 2023-08-04 | 上海海隆石油管材研究所 | 一种极限扭矩石油钻杆接头及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105422019B (zh) | 2017-12-15 |
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