專利名稱：雙鉤形螺紋聯(lián)接膨脹套管接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油氣井工程無接箍的膨脹套管聯(lián)接的雙鉤形螺紋聯(lián)接膨 脹套管接頭。
背景技術(shù)：
膨脹套管技術(shù)將成為21世紀(jì)石油鉆采行業(yè)起著關(guān)鍵性作用的技術(shù)之一。主 要應(yīng)用于鉆井、封堵復(fù)雜地層、尾管懸掛器以及套管修復(fù)等多個(gè)領(lǐng)域，該技術(shù) 的最終目的是實(shí)現(xiàn)使用同一尺寸的套管代替現(xiàn)行的多層套管，以提高對(duì)付多個(gè) 復(fù)雜地層的能力，提高鉆井作業(yè)效率，降低鉆井成本。膨脹套管技術(shù)就是在井 眼中將管柱徑向膨脹至塑性變形區(qū)域，以達(dá)到"節(jié)省"井眼直徑為目的的一種 鉆井工程新技術(shù)。Eventure公司于20世紀(jì)80年代末在全世界率先開始了該項(xiàng) 技術(shù)的研究，并于1999年達(dá)到了商業(yè)應(yīng)用水平。Enventure公司在膨脹套管方 面已獲得的專利和待批的專利達(dá)600項(xiàng)，主要集中在膨脹套管的螺紋連接方面。 井眼變"痩"可以使鉆井成本顯著降低，而且可以用膨脹套管技術(shù)對(duì)以前一些 因?yàn)殂@井成本太高而無法開采的井進(jìn)行經(jīng)濟(jì)開采。在鉆井中，把膨脹套管下入 技術(shù)套管內(nèi)，然后用特殊工具和工藝將下入的膨脹套管膨脹至與上層技術(shù)套管 內(nèi)壁緊貼。在裸眼部分可注水泥，在套管內(nèi)重疊部分具有懸掛和密封元件。兩 層套管之間的內(nèi)徑差僅僅是膨脹后套管的壁厚，從而最大限度的節(jié)省了井眼直 徑，使可下入的套管層數(shù)增加，給深井，復(fù)雜地質(zhì)條件的鉆井和井身結(jié)構(gòu)帶來 "革命性"的影響和重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
膨脹套管技術(shù)由少數(shù)幾個(gè)外國石油公司所壟斷，主要包括Weatherford、 Baker Hughes Qiltool公司、E匿nture公司、Halliburton公司等，其中應(yīng)用該技術(shù)最成熟的是Enventure公司。至2004年3月，Enventure公司已在世界 上實(shí)施了 209 口膨脹套管作業(yè)井，累計(jì)膨脹管長度為62862m,膨脹套管接頭總 共為5417個(gè)，己經(jīng)成為比較成熟的商業(yè)化技術(shù)，而且有廣闊的應(yīng)用前景。截止 2005年12月，Enventure已經(jīng)為全球72個(gè)油公司作業(yè)了 400 口井、累計(jì)下入 膨脹套管150000米，并且已經(jīng)在大斜度井和水平井中成功地應(yīng)用了膨脹套管固 井/完井技術(shù)。但有許多關(guān)鍵技術(shù)，如膨脹套管接頭、密封、潤滑以及膨脹芯 頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等屬于商業(yè)保密，將該技術(shù)引進(jìn)國內(nèi)，其成本較高，因此迫切需 要我們開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的膨脹套管技術(shù)，本發(fā)明專利就是在此背景技術(shù) 下發(fā)明的雙鉤形螺紋聯(lián)接的膨脹套管接頭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服常規(guī)API套管螺紋不能滿足直接加工于無接箍且 壁厚較薄的膨脹套管上進(jìn)行膨脹作業(yè)時(shí)保持螺紋連接的密封性和完整性的技術(shù) 缺陷，基于高度非線性彈塑性螺紋接觸問題以及非線性超彈性橡膠與金屬表面 接觸問題的有限元仿真模擬技術(shù)，為膨脹套管提供一種具有很好的密封完整性 以及膨脹強(qiáng)度均勻性的雙鉤形螺紋聯(lián)接接頭。
該雙鉤形螺紋聯(lián)接的膨脹套管接頭，由具有鉤形螺紋的公螺紋接頭和母螺紋 接頭組成，公螺紋接頭由單鉤形螺紋，位于公螺紋接頭內(nèi)端的外密封槽和外端 的密封面、弧面構(gòu)成；母螺紋接頭由單鉤形螺紋槽，位于母螺紋接頭內(nèi)端的內(nèi) 密封槽和外端的密封面、弧面構(gòu)成，與對(duì)應(yīng)的公螺紋接頭內(nèi)端的外密封槽和外 端的密封面、弧面構(gòu)成兩個(gè)密封艙，將碗形橡膠外密封圈扣置在密封艙內(nèi)，將 碗形橡膠內(nèi)密封圈正置在密封艙內(nèi)；公螺紋接頭的單鉤形螺紋的鉤形接觸面第 一鉤面的偏角為15。，第二鉤面的偏角為28。，第二鉤面的高度為螺紋高度的 (25 30)%，第一鉤面和第二鉤面之間的倒圓半徑為0.5mm，螺紋背面的偏角為 5° ，螺紋錐度為1:23 1:25，螺紋第二鉤鉤尖為弧面；母螺紋接頭的單鉤形螺紋槽的鉤形接觸面對(duì)應(yīng)公螺紋接頭的單鉤形螺紋的鉤形接觸面，依次底部為第 二鉤鉤尖凹形弧接觸面，第二鉤接觸面和端部的第一鉤接觸面。
該雙鉤螺紋具有很強(qiáng)的二次密封效果和均勻的接觸應(yīng)力分布，同時(shí)具有較強(qiáng) 的軸向抗拉強(qiáng)度。
本發(fā)明的碗形橡膠外密封圈的外徑為"碗底"短邊結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑為"碗口"長 邊結(jié)構(gòu)，碗形橡膠內(nèi)密封圈的外徑為"碗口"長邊結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑為"碗底"短邊 結(jié)構(gòu)，與前者相反。碗形結(jié)構(gòu)側(cè)面為優(yōu)化設(shè)計(jì)后的樣條曲面。該兩種橡膠密封 圈的碗口長邊保證與公螺紋接頭本體和母螺紋接頭本體壁厚較厚部位具有較大 的接觸面積，保證在安裝接頭和接頭膨脹過程中具有較大的摩擦力，使橡膠圈 不會(huì)相對(duì)滑動(dòng)，碗底短邊與本體壁厚較薄部位具有較小的接觸面積，保證碗形 結(jié)構(gòu)側(cè)面的樣條曲面與本體壁厚較薄部位具有較均勻的接觸密封性，同時(shí)保證 本體壁厚較薄部位的強(qiáng)度。
雙鉤螺紋對(duì)是由公螺紋第一鉤l、公螺紋第二鉤、公螺紋第二鉤鉤尖弧面以 及母螺紋第一鉤、母螺紋第二鉤、母螺紋第二鉤鉤角弧面組成。螺紋錐度為
(1:23 1:25)，雙鉤螺紋具有很強(qiáng)的二次密封效果和均勻的接觸應(yīng)力分布，同時(shí) 具有較強(qiáng)的軸向抗拉強(qiáng)度。
公接頭根部最后一圈螺紋設(shè)計(jì)為單鉤螺紋，是為了雙鉤螺紋加工結(jié)束時(shí)， 保證加工刀具能退出雙鉤槽內(nèi)，用雙鉤刀具將第二鉤銑掉并退出刀具。母接頭 最后一圈內(nèi)螺紋根部的退刀槽的寬度設(shè)計(jì)為比刀具寬2mm，保證加工刀具能退 出內(nèi)螺紋。公接頭密封面和母接頭密封面是分別與內(nèi)密封槽和外密封槽配合的 無錐度的密封面，保證碗形橡膠圈的密封性。公接頭弧面和母接頭弧面是優(yōu)化 設(shè)計(jì)的封面，保證接觸強(qiáng)度的均勻性，減小應(yīng)力集中。
本發(fā)明的基于計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬仿真設(shè)計(jì)的膨脹套管接頭具有雙鉤內(nèi)外螺紋 緊密咬合，消除了應(yīng)力集中，強(qiáng)度高，且雙鉤多重金屬一金屬密封、金屬一橡 膠一金屬密封，具有密封完整性和膨脹接頭強(qiáng)度均勻性。


圖1雙鉤形螺紋聯(lián)接膨脹套管接頭結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2雙鉤形螺紋聯(lián)接膨脹套管接頭A部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3雙鉤形螺紋聯(lián)接膨脹套管接頭B部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4雙鉤形螺紋聯(lián)接膨脹套管接頭公接頭結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5雙鉤形螺紋聯(lián)接膨脹套管接頭公接頭C部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6雙鉤形螺紋聯(lián)接膨脹套管接頭母接頭結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7雙鉤形螺紋聯(lián)接膨脹套管接頭母接頭D部結(jié)構(gòu)示意圖。 其中1，公螺紋接頭 2，母螺紋接頭3，碗形橡膠外密封圈 4，碗 形橡膠內(nèi)密封圈5，鉤形接觸面6，外密封槽7，單鉤形螺紋 8，密封面 9,弧面10，第一鉤面 11，第二鉤面 12,第二鉤鉤尖弧面13,螺紋背 面14，內(nèi)密封槽15，單鉤形螺紋槽16，密封面17，弧面18，第一鉤 面接觸面19，第二鉤面接觸面20，第二鉤鉤尖弧面接觸面。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)附圖對(duì)所述的雙鉤形螺紋聯(lián)接膨脹套管接頭結(jié)構(gòu)加以說明。 該雙鉤形螺紋聯(lián)接的膨脹套管接頭，由具有鉤形螺紋的公螺紋接頭1和母螺 紋接頭2組成，公螺紋接頭1由單鉤形螺紋7，位于公螺紋接頭1內(nèi)端的外密封 槽6和外端的密封面8、弧面9構(gòu)成；母螺紋接頭2由單鉤形螺紋槽15，位于 母螺紋接頭2內(nèi)端的內(nèi)密封槽14和外端的密封面16、弧面17構(gòu)成，與對(duì)應(yīng)的 公螺紋接頭l內(nèi)端的外密封槽6和外端的密封面8、弧面9構(gòu)成兩個(gè)密封艙，將 碗形橡膠外密封圈3扣置在密封艙內(nèi)，將碗形橡膠內(nèi)密封圈4正置在密封艙內(nèi)； 公螺紋接頭1的單鉤形螺紋7的鉤形接觸面5第一鉤面10的偏角為15° ，第二 鉤面11的偏角為28° ，第二鉤面11的高度為螺紋高度的(25 30)%，第一鉤面 10和第二鉤面11之間的倒圓半徑為0.5mm，螺紋背面13的偏角為5° ，螺紋 錐度為1:23 1:25，第二鉤鉤尖為弧面12;母螺紋接頭2的單鉤形螺紋槽15鉤形接觸面對(duì)應(yīng)公螺紋接頭1的單鉤形螺紋的鉤形接觸面5，依次底部為凹弧形
第二鉤鉤尖弧面接觸面20，第二鉤面接觸面19和端部的第一鉤面接觸面18。
權(quán)利要求
1.雙鉤形螺紋聯(lián)接的膨脹套管接頭，其特征在于由具有鉤形螺紋的公螺紋接頭和母螺紋接頭組成，公螺紋接頭由單鉤形螺紋，位于公螺紋接頭內(nèi)端的外密封槽和外端的密封面、弧面構(gòu)成；母螺紋接頭由單鉤形螺紋槽，位于母螺紋接頭內(nèi)端的內(nèi)密封槽和外端的密封面、弧面構(gòu)成，與對(duì)應(yīng)的公螺紋接頭內(nèi)端的外密封槽和外端的密封面、弧面構(gòu)成兩個(gè)密封艙，將碗形橡膠外密封圈扣置在密封艙內(nèi)，將碗形橡膠內(nèi)密封圈正置在密封艙內(nèi)；公螺紋接頭的單鉤形螺紋的鉤形接觸面第一鉤面的偏角為15°，第二鉤面的偏角為28°，第二鉤面的高度為螺紋高度的(25～30)％，第一鉤面和第二鉤面之間的倒圓半徑為0.5mm，螺紋背面的偏角為5°，螺紋錐度為1∶23～1∶25，螺紋第二鉤鉤尖為弧面；母螺紋接頭的單鉤形螺紋槽的鉤形接觸面對(duì)應(yīng)公螺紋接頭的單鉤形螺紋的鉤形接觸面，依次底部為第二鉤鉤尖凹形弧接觸面，第二鉤接觸面和端部的第一鉤接觸面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種油氣井工程無接箍的膨脹套管聯(lián)接的雙鉤形螺紋聯(lián)接的膨脹套管接頭，公螺紋接頭和母螺紋接頭兩端結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)形成密封艙，由正扣和反扣著的兩個(gè)碗形橡膠密封圈密封，公螺紋接頭的單鉤形螺紋和母螺紋接頭的單鉤形螺紋槽對(duì)應(yīng)形成的鉤形接觸面第一鉤面的偏角為15°，第二鉤面的偏角為28°，第二鉤面的高度為螺紋高度的(25～30)％，第一鉤面和第二鉤面之間的倒圓半徑為0.5mm，螺紋背面的偏角為5°，螺紋錐度為1∶23～1∶25，螺紋第二鉤鉤尖為弧面；本膨脹套管接頭具有雙鉤內(nèi)外螺紋緊密咬合，消除了應(yīng)力集中，強(qiáng)度高，且雙鉤多重金屬—金屬密封、金屬—橡膠—金屬密封，具有密封完整和膨脹接頭強(qiáng)度均勻性等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F16L15/00GK101576183SQ20081010624
公開日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者馮耀榮, 劉永剛, 宋生印, 斌 楊, 龍 楊, 凱 林, 林鐵軍, 練章華 申請(qǐng)人:中國石油天然氣集團(tuán)公司;中國石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所