大膨脹率下膨脹管用快速上扣螺紋結(jié)構(gòu)制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)提出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)，螺紋接頭包括膨脹管母扣、膨脹管公扣；膨脹管母扣由端部向內(nèi)依次設(shè)置有低錐度單鉤型母螺紋、退刀槽、柱面密封段、一級(jí)密封槽和/或二級(jí)密封槽、錐面密封段以及負(fù)角度扭矩臺(tái)肩；膨脹管公扣由端部向內(nèi)依次設(shè)置有負(fù)角度扭矩臺(tái)肩、錐面密封段、柱面密封段、單鉤型公螺紋；螺紋接頭采用雙通道多級(jí)密封結(jié)構(gòu)，具體是膨脹前三級(jí)密封結(jié)構(gòu)和膨脹后二級(jí)密封結(jié)構(gòu)的雙通道密封形式；本實(shí)用新型專利技術(shù)通過優(yōu)化的雙通道多級(jí)密封結(jié)構(gòu)滿足螺紋接頭大膨脹率變形后的高密封性能，同時(shí)通過在螺距和牙型上的優(yōu)化設(shè)計(jì)提高對(duì)扣和上扣速度，實(shí)現(xiàn)螺紋的快速上扣，并且易于加工檢測(cè)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉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(jì)，特別涉及在套損補(bǔ)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(jì)方法，以保證油氣井安全有效開采。
技術(shù)介紹
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(shí)我國(guó)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(shí)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(shí)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)。實(shí)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(jī)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(kuò)大管徑的目的。實(shí)體膨脹管之間是用螺紋擰接連接組成管柱，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(shí)體膨脹管螺紋在使用過程中需要經(jīng)過一次擴(kuò)徑變形，變形后需達(dá)到一定的密封和承載性能，對(duì)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(duì)的是低膨脹率(15％以下)，密封壓力也不高，導(dǎo)致無法在高膨脹變形率或?qū)γ浐竺芊庑阅芤蟾叩墓r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(duì)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(shí)體膨脹管在海洋油氣開發(fā)過程中對(duì)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(jì)上扣時(shí)間長(zhǎng)、效率低，不能滿足緊急突發(fā)事故和修井需求，同時(shí)由于海上鉆井平臺(tái)每日運(yùn)行費(fèi)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(jì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決
技術(shù)介紹
中所存在的技術(shù)問題，本技術(shù)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(shí)體膨脹管應(yīng)用時(shí)高密封性需求，采用單鉤型螺紋牙型和低錐度螺紋設(shè)計(jì)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(jí)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(shí)通過在螺距和牙型上的優(yōu)化設(shè)計(jì)提高對(duì)扣和上扣速度，實(shí)現(xiàn)螺紋的快速上扣，并且易于加工檢測(cè)。本技術(shù)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：所述螺紋接頭包括膨脹管母扣1、膨脹管公扣2；膨脹管母扣1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(jí)密封槽7和/或二級(jí)密封槽8、錐面密封段9以及負(fù)角度扭矩臺(tái)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(tái)肩10、錐面密封段9、柱面密封段6、單鉤型公螺紋4；所述螺紋接頭采用雙通道多級(jí)密封結(jié)構(gòu)，具體是膨脹前三級(jí)密封結(jié)構(gòu)和膨脹后二級(jí)密封結(jié)構(gòu)的雙通道密封形式；所述膨脹前三級(jí)密封結(jié)構(gòu)包括：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(duì)柱面一級(jí)密封結(jié)構(gòu)；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(duì)錐面二級(jí)密封結(jié)構(gòu)；所述膨脹管母扣1的負(fù)角度扭矩臺(tái)肩10與膨脹管公扣2的負(fù)角度扭矩臺(tái)肩10相配合構(gòu)成膨脹前三級(jí)輔助密封結(jié)構(gòu)；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；所述膨脹后二級(jí)密封結(jié)構(gòu)包括：所述膨脹管母扣1的一級(jí)密封槽7以及設(shè)置在一級(jí)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(jí)密封槽結(jié)構(gòu)；所述膨脹管母扣1的二級(jí)密封槽8以及設(shè)置在二級(jí)密封槽8內(nèi)的抗暴O型密封圈與膨脹管公扣2的錐面密封段9構(gòu)成二級(jí)密封槽結(jié)構(gòu)；所述一級(jí)密封槽7和二級(jí)密封槽8由端部向內(nèi)依次設(shè)置。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(tái)肩12、端部柱面11；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(tái)肩12；所述膨脹管母扣1的端部臺(tái)肩12、端部柱面11分別與膨脹管公扣2的端部臺(tái)肩12、端部柱面11相匹配。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(jí)密封槽7以及設(shè)置在一級(jí)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(jí)密封槽結(jié)構(gòu)。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。上述錐面對(duì)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。上述錐面對(duì)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。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(tái)肩的負(fù)角為8～15°；所述柱面對(duì)柱面密封段的過盈量為0.01～0.4mm。本技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：通過合理的低錐度單鉤型螺紋設(shè)計(jì)，保證了螺紋有足夠的厚度來保持強(qiáng)度同時(shí)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(jì)中采用雙通道多級(jí)密封結(jié)構(gòu)，通過設(shè)計(jì)膨脹前三級(jí)密封結(jié)構(gòu)和膨脹后二級(jí)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(duì)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(shí)不受影響，極大的提高了螺紋接頭的膨脹率和密封性能。在螺紋牙型設(shè)計(jì)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(jì)，這種設(shè)計(jì)能顯著提高對(duì)扣的深度和準(zhǔn)確度，同時(shí)在在螺距的設(shè)計(jì)上采用大螺距的設(shè)計(jì)使得螺紋的上扣速度顯著提高，通過兩種方法的結(jié)合，可以減少對(duì)扣時(shí)間，實(shí)現(xiàn)螺紋的快速上扣，提高膨脹管螺紋在應(yīng)用時(shí)的上扣效率。同時(shí)在錐面對(duì)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以控制過盈點(diǎn)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。可根據(jù)工況要求在膨脹后二級(jí)密封結(jié)構(gòu)中可選用任何一種密封槽或者全部二級(jí)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)靈活，便于提高加工檢測(cè)效率和降低成本。附圖說明圖1(a)、圖1(b)是大膨脹率實(shí)體膨脹管用高密封能力的螺紋接頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本技術(shù)螺紋接頭膨脹變形前結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本技術(shù)膨脹變形后的螺紋接頭密封槽結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本技術(shù)螺紋接頭公扣輔助密封弧面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是螺紋牙型結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本技術(shù)螺紋接頭上扣后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是實(shí)施例一28％膨脹率下O型橡膠圈沿槽壁的接觸壓力示意圖；圖8是實(shí)施例二20％膨脹率下O型橡膠圈沿槽壁的接觸壓力示意圖；具體實(shí)施方式本實(shí)用新本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
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)，其特征在于：所述螺紋接頭包括膨脹管母扣(1)、膨脹管公扣(2)；膨脹管母扣(1)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(jí)密封槽(7)和/或二級(jí)密封槽(8)、錐面密封段(9)以及負(fù)角度扭矩臺(tái)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(tái)肩(10)、錐面密封段(9)、柱面密封段(6)、單鉤型公螺紋(4)；所述螺紋接頭采用雙通道多級(jí)密封結(jié)構(gòu)，具體是膨脹前三級(jí)密封結(jié)構(gòu)和膨脹后二級(jí)密封結(jié)構(gòu)的雙通道密封形式；所述膨脹前三級(jí)密封結(jié)構(gòu)包括：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(duì)柱面一級(jí)密封結(jié)構(gòu)；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(duì)錐面二級(jí)密封結(jié)構(gòu)；所述膨脹管母扣(1)的負(fù)角度扭矩臺(tái)肩(10)與膨脹管公扣(2)的負(fù)角度扭矩臺(tái)肩(10)相配合構(gòu)成膨脹前三級(jí)輔助密封結(jié)構(gòu)；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；所述膨脹后二級(jí)密封結(jié)構(gòu)包括：所述膨脹管母扣(1)的一級(jí)密封槽(7)以及設(shè)置在一級(jí)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(jí)密封槽結(jié)構(gòu)；所述膨脹管母扣(1)的二級(jí)密封槽(8)以及設(shè)置在二級(jí)密封槽(8)內(nèi)的抗暴O型密封圈與膨脹管公扣(2)的錐面密封段(9)構(gòu)成二級(jí)密封槽結(jié)構(gòu)；所述一級(jí)密封槽(7)和二級(jí)密封槽(8)由端部向內(nèi)依次設(shè)置。...

【技術(shù)特征摘要】
1.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)，其特征
在于：
所述螺紋接頭包括膨脹管母扣(1)、膨脹管公扣(2)；
膨脹管母扣(1)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(jí)密封槽(7)和/或二級(jí)密封槽(8)、錐面密封段(9)
以及負(fù)角度扭矩臺(tái)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(tái)肩(10)、錐面密封段(9)、柱面密封段(6)、單鉤型公螺紋(4)；
所述螺紋接頭采用雙通道多級(jí)密封結(jié)構(gòu)，具體是膨脹前三級(jí)密封結(jié)構(gòu)和膨
脹后二級(jí)密封結(jié)構(gòu)的雙通道密封形式；
所述膨脹前三級(jí)密封結(jié)構(gòu)包括：
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(duì)柱面一級(jí)密封結(jié)構(gòu)；
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(duì)錐面二級(jí)密封結(jié)構(gòu)；
所述膨脹管母扣(1)的負(fù)角度扭矩臺(tái)肩(10)與膨脹管公扣(2)的負(fù)角
度扭矩臺(tái)肩(10)相配合構(gòu)成膨脹前三級(jí)輔助密封結(jié)構(gòu)；
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；
所述膨脹后二級(jí)密封結(jié)構(gòu)包括：
所述膨脹管母扣(1)的一級(jí)密封槽(7)以及設(shè)置在一級(jí)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(jí)密

\t封槽結(jié)構(gòu)；
所述膨脹管母扣(1)的二級(jí)密封槽(8)以及設(shè)置在二級(jí)密封槽(8)內(nèi)的
抗暴O型密封圈與膨脹管公扣(2)的錐面密封段(9)構(gòu)成二級(jí)密封槽結(jié)構(gòu)；
所述一級(jí)密封槽(7)和二級(jí)密封槽(8)由端部向內(nèi)依次設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大膨脹率下膨脹管用快速上扣螺紋結(jié)構(gòu)，其特征
在于：
所述膨脹管母扣(1)還包括由端部向內(nèi)依次設(shè)置且位于低錐...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉強(qiáng)，宋生印，李德君，呂能，田峰，王遠(yuǎn)，汪蓬勃，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院，西安三環(huán)科技開發(fā)總公司，
類型：新型
國(guó)別省市：陜西;61