[實用新型]單鉤形端面金屬自密封膨脹套管螺紋接頭

有效

• 申請號: 201020153121.7
• 申請日: 2010-04-07
• 公開（公告）號: CN201671560U
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 馮耀榮;練章華;楊龍;宋生印;劉永剛
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所
• 主分類號: E21B17/08
• 分類號: E21B17/08
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 李玉明

技術領域

本實用新型涉及油氣井工程技術領域，特別涉及膨脹套管，是一種膨脹套管聯接的特殊螺紋接頭，適用于無接箍的膨脹套管聯接，適用于高壓、高產氣井的膨脹套管補貼以及膨脹套管固井技術。

背景技術

目前，膨脹套管技術將成為21世紀石油鉆采行業起著關鍵性作用的技術之一。主要應用于鉆井、封堵復雜層、尾管懸掛器以及套管修復等多個領域，該技術的最終目的是實現使用同一尺寸的套管代替現行的多層套管，以提高對付多個復雜地層的能力，提高鉆井作業效率，降低鉆井成本。膨脹套管技術就是在井眼中將管柱徑向膨脹至塑性變形區域，以達到“節省”井眼直徑為目的的一種鉆井工程新技術。在鉆井中，把膨脹套管下入技術套管內，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套管內壁緊貼。在裸眼部分可注水泥，在套管內重疊部分具有懸掛和密封元件。兩層套管之間的內徑差僅僅是膨脹后套管的壁厚，從而最大限度的節省了井眼直徑，使可下入的套管層數增加，給深井，復雜地質條件的鉆井和井身結構帶來“革命性”的影響和重大技術經濟效益。

通過計算機仿真模擬技術和室內實物實驗研究證明：對于“等錐度”金屬自密封接頭，如果套管不進行膨脹，那么此等錐面可以形成自密封面，但是如果套管進行膨脹，由于等錐度密封面處的外螺紋接頭和內螺紋接頭的壁厚不相等，即為變壁厚，引起套管在此處徑向膨脹剛度不相等，兩錐面的徑向變形不相等，由原來的“等錐度”變成了膨脹后的“非等錐度”，從而失去了自密封性的。反之，如果要使膨脹后形成“等錐度”的金屬自密封，那么就需要把膨脹前接頭設計為“非等錐度”的接頭。

實用新型內容

本實用新型的目的是：提供一種單鉤形端面金屬自密封膨脹套管螺紋接頭，克服常規螺紋不能直接加工于無接箍且壁厚較薄的膨脹套管上的技術缺陷，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，為膨脹套管提供了一種具有很好的密封完整性以及膨脹強度均勻性的非等錐度金屬自密封膨脹套管鉤形螺紋接頭。

本實用新型采用的技術方案是：單鉤形端面金屬自密封膨脹套管螺紋接頭，主要由外螺紋接頭、內螺紋接頭和矩形橡膠內密封圈組成，其特征在于：在膨脹套管外螺紋接頭的螺紋端部有非等錐度的外螺紋接頭金屬自密封錐面；在膨脹套管內螺紋接頭的根部外壁上有非等錐度的金屬自密封錐面，該處為流體泄漏的初始位置，因此該處稱為第一次密封；

在內螺紋接頭螺紋根部并非等錐度的金屬自密封錐面的上部有內螺紋接頭密封槽，在內螺紋接頭密封槽內有橫截面為矩形的矩形橡膠密封圈。矩形橡膠密封圈具有接觸范圍大，該矩形橡膠密封圈具有很強的第二次密封效果；

外螺紋接頭和內螺紋接頭之間的螺紋是鉤形螺紋，即鉤形螺紋是鉤形螺紋密封接觸面和鉤形螺紋背面組成。鉤形螺紋密封接觸面與螺紋中線垂直，能產生金屬接觸密封效果，鉤形螺紋背面與螺紋中線的斜度為20～25°，該負角度的鉤形螺紋具有很強的第三次密封效果和接觸應力分布均勻的特點，同時具有較強的軸向抗拉強度和很強的抗滑脫能力。

在外螺紋接頭的根部有外螺紋接頭密封槽，在外螺紋接頭密封槽3內有橫截面為矩形的矩形橡膠密封圈。此處的矩形橡膠密封圈，為單鉤形端面金屬自密封膨脹套管螺紋接頭的第四次密封。

套管膨脹后，本實用新型具有非等錐度金屬密封(第一次密封)、內螺紋接頭根部橡膠密封(第二次密封)、螺紋鉤面金屬密封(第三次密封)以及外螺紋接頭根部橡膠密封(第四次密封)，共具有四次密封功能。

本實用新型的基于計算機數值模擬仿真設計的單鉤形端面金屬自密封膨脹套管螺紋接頭，具有負角度的鉤形內外螺紋緊密咬合，消除了應力集中，強度高。內螺紋接頭根部和外螺紋接頭端部設計了非等錐度的金屬自密封錐面，內螺紋接頭上的金屬自密封面的錐度稍大于外螺紋接頭上的金屬自密封面的錐度。因此該實用新型具有非等錐度的金屬-金屬自密封、金屬-橡膠-金屬密封以及螺紋鉤形面金屬接觸密封等，具有密封完整性和膨脹接頭強度均勻性。

本實用新型的有益效果：本實用新型“非等錐度”的單鉤形端面金屬自密封膨脹套管螺紋接頭與現有技術相比，具有更好的密封完整性以及膨脹強度的均勻性，通過計算機仿真模擬技術和室內實物實驗研究證明：現有的“等錐度”金屬自密封接頭具有在膨脹后失去了自密封性的不足，而本實用新型“非等錐度”的單鉤形端面金屬自密封膨脹套管螺紋接頭，克服了現有技術膨脹后失去了自密封性的不足，保證了其密封完整性，加工成本低。

附圖說明

圖1是本實用新型單鉤形端面金屬自密封膨脹套管螺紋接頭的單側縱向截面示意圖。

圖2是本實用新型圖1中A局部放大剖面圖。