大膨胀率下膨胀管用快速上扣螺纹结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设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 设及在套损补贴、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，W保证油气井安全有效开采。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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梓接连接组成管 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% W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。 【实用新型内容】
[0004] 为了解决【背景技术】中所存在的技术问题，本实用新型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。
[0005] 本实用新型的技术解决方案是: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，其特殊之处在于：
[0006] 所述螺纹接头包括膨胀管母扣1、膨胀管公扣2;
[0007] 膨胀管母扣I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9W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;
[0008] 所述螺纹接头采用双通道多级密封结构，具体是膨胀前=级密封结构和膨胀后 二级密封结构的双通道密封形式；
[0009] 所述膨胀前=级密封结构包括：
[0010] 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；
[0011] 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；
[0012] 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=级辅助密封结构；
[0013] 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；
[0014] 所述膨胀后二级密封结构包括：
[0015] 所述膨胀管母扣1的一级密封槽7W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；
[0016] 所述膨胀管母扣1的二级密封槽8W及设置在二级密封槽8内的抗暴0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；
[0017] 所述一级密封槽7和二级密封槽8由端部向内依次设置。
[0018] 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;
[0019] 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;
[0020] 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。
[0021] 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7W 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。
[0022] 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。
[0023] 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。
[0024] 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。
[0025] 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0.0 l~0.4mm。
[0026] 本实用新型优点：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=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。
[0027] 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，运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W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。
[0028] 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W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】
[0029] 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；
[0030] 图2是本实用新型螺纹接头膨胀变形前结构示意图；
[0031 ]图3是本实用新型膨胀变形后的螺纹接头密封槽结构示意图；
[0032] 图4是本实用新型螺纹接头公扣辅助密封弧面结构示意图；
[0033] 图5是螺纹牙型结构示意图；
[0034] 图6是本实用新型螺纹接头上扣后的结构示意图；
[0035] 图7是实施例一 28%膨胀率下0型橡胶圈沿槽壁的接触压力示意图；
[0036] 图8是实施例二20%膨胀率下0型橡胶圈沿槽壁的接触压力示意图；
【具体实施方式】
[0037] 本实用新型的特殊螺纹接头结构设计见