[發(fā)明專利]一種適合擴(kuò)徑變形的套管及加工方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410177951.6
• 申請(qǐng)日: 2014-04-29
• 公開（公告）號(hào): CN104074474A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張建兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安石油大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B17/08
• 分類號(hào): E21B17/08;B23P15/00;C21D9/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于油氣井建井及修井技術(shù)領(lǐng)域，涉及石油膨脹套管技術(shù)，尤其涉及一種適合擴(kuò)徑變形的套管及加工方法。

背景技術(shù)

石油天然氣井鉆成后，要在井眼中下入鋼制套管加固井眼，單支套管的長(zhǎng)度通常在10米左右，通常套管之間通過管螺紋連接而構(gòu)成長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)千米的套管柱。

近年來出現(xiàn)了一種新技術(shù)，稱之為膨脹套管技術(shù)，該技術(shù)的核心是對(duì)下入井眼中的套管柱在井眼中進(jìn)行擴(kuò)徑變形，使得套管的內(nèi)外徑發(fā)生大約10％～20％左右的塑性變形，這種擴(kuò)徑變形通常通過液體壓力在套管柱里面驅(qū)動(dòng)錐形的膨脹工具沿管柱軸線運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)，類似于工廠中的鋼管擴(kuò)徑冷拔加工。膨脹套管技術(shù)是石油工程領(lǐng)域重大的新技術(shù)，應(yīng)用前景廣闊。

膨脹套管技術(shù)的核心之一是要求連接套管的管螺紋接頭在隨套管管體在擴(kuò)徑變形后依然能夠保持其結(jié)構(gòu)及密封完整性，即要求其仍然具有一定的連接強(qiáng)度和對(duì)液體的密封能力。普通的標(biāo)準(zhǔn)管螺紋和目前的常規(guī)套管特殊螺紋接頭均無法滿足此要求。

目前的公知膨脹套管接頭是一種內(nèi)外壁均與管體平齊的直連型螺紋接頭，倒鉤形螺紋，且依靠橡膠圈實(shí)現(xiàn)密封。在套管柱膨脹過程中，這種螺紋接頭需要的膨脹液體壓力大致與管體相同，典型情況下需要約20～40MPa的壓力，同時(shí)，由于接頭的壁厚與管體相同，沒有進(jìn)行加厚，所以這種接頭的連接強(qiáng)度也比較低，一般最多只能達(dá)到管體強(qiáng)度的50％左右，另外，這種接頭對(duì)螺紋上扣時(shí)密封橡膠圈的安裝操作要求也很高，細(xì)小的操作不慎也可能會(huì)導(dǎo)致密封橡膠圈脫離密封槽部位而起不到應(yīng)有的密封效果。這些因素都使得螺紋接頭部位常常成為膨脹套管柱的薄弱環(huán)節(jié)，絕大部分套管柱膨脹失敗的原因均與螺紋接頭的擴(kuò)徑不成功有關(guān)。

好的膨脹套管螺紋接頭應(yīng)該具備以下特征：(1)、接頭部位易于膨脹，這樣有利于接頭在膨脹過程中的穩(wěn)定性，使得接頭不易發(fā)生結(jié)構(gòu)損壞；(2)、接頭的密封功能容易實(shí)現(xiàn)且可靠性高；(3)、接頭的連接強(qiáng)度高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種適合擴(kuò)徑變形的套管及加工方法，該套管的接頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需的擴(kuò)徑變形力小，連接強(qiáng)度高，在擴(kuò)徑變形過程中不易發(fā)生結(jié)構(gòu)損壞，且密封結(jié)構(gòu)可靠、密封性能好。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種適合擴(kuò)徑變形的套管，包括管體和連接在管體兩端與管體為一體的內(nèi)螺紋接頭和外螺紋接頭，所述內(nèi)螺紋接頭壁厚小于外螺紋接頭壁厚，內(nèi)螺紋接頭的螺紋牙型和外螺紋接頭的螺紋牙型為相互配合的偏弧形螺紋，螺紋牙型的承載面牙側(cè)角為負(fù)角度，導(dǎo)向面牙側(cè)外形為近似正弦曲線的自然曲線，內(nèi)螺紋接頭螺紋齒高大于外螺紋接頭螺紋齒高，內(nèi)螺紋接頭和外螺紋接頭旋緊上扣后內(nèi)螺紋齒頂與外螺紋齒底接觸。

所述的內(nèi)螺紋接頭的外徑大于管體外徑，壁厚小于管體壁厚，所述外螺紋接頭的內(nèi)外壁與管體平齊；所述的內(nèi)螺紋接頭小端根部開設(shè)有環(huán)形密封凹槽或凸緣，外螺紋接頭的前端部開設(shè)有與內(nèi)螺紋接頭端部的凹槽或凸緣相互配合的環(huán)形密封凸緣或凹槽，內(nèi)螺紋接頭和外螺紋接頭旋緊上扣后，該凹槽和凸緣構(gòu)成密封結(jié)構(gòu)。

所述內(nèi)螺紋接頭和外螺紋接頭螺紋牙型的承載面牙側(cè)角角度范圍為-5°到-20°。

所述內(nèi)螺紋接頭的外徑大于管體外徑5％-15％，壁厚小于管體壁厚約5％-15％。

所述內(nèi)螺紋接頭螺紋齒高大于外螺紋接頭螺紋齒高0.2mm。

本發(fā)明套管的內(nèi)螺紋齒頂與外螺紋齒底在上扣后相互接觸，套管擴(kuò)徑時(shí)，外螺紋由內(nèi)向外擠壓內(nèi)螺紋，同時(shí)由于內(nèi)螺紋接頭壁厚小于外螺紋接頭壁厚，內(nèi)螺紋的軸向收縮量大于外螺紋，由于本發(fā)明的弧形螺紋更有利于螺紋金屬在塑性變形過程中的金屬流動(dòng)，擴(kuò)徑時(shí)內(nèi)外螺紋導(dǎo)向面間的間隙更容易被填充，原本存在于內(nèi)外螺紋之間的間隙在接頭擴(kuò)徑后會(huì)消失，金屬對(duì)金屬密封結(jié)構(gòu)在擴(kuò)徑后產(chǎn)生過盈接觸，起到密封效果，并在內(nèi)外螺紋的牙側(cè)面產(chǎn)生緊密的接觸而起到輔助密封效果，提高了套管接頭的密封性能。

進(jìn)一步，內(nèi)螺紋接頭外徑大于管體外徑約5％-15％，壁厚小于管體壁厚，外螺紋接頭的內(nèi)外壁與管體平齊，相比傳統(tǒng)套管接頭，內(nèi)外接頭總體壁厚更厚，總體壁厚大于管體，從而提高了接頭的連接強(qiáng)度。同時(shí)根據(jù)金屬塑性變形的體積不變?cè)恚坠苤跀U(kuò)徑后由于管體的內(nèi)外徑變大，管體的長(zhǎng)度將減小。由于本發(fā)明的內(nèi)螺紋端的壁厚小于外螺紋端壁厚，這樣，在接頭擴(kuò)徑過程中內(nèi)螺紋端的軸向收縮會(huì)大于外螺紋端，從而會(huì)導(dǎo)致密封凸緣進(jìn)一步壓迫密封凹槽而形成設(shè)計(jì)的過盈量，由此原本接觸的密封凸緣和密封凹槽的接觸壓力會(huì)進(jìn)一步增加，接觸面積也會(huì)進(jìn)一步增加而提高密封效果，從而使得接頭的密封壓力在擴(kuò)徑后進(jìn)一步提高。