大膨胀率下膨胀管用快速上扣螺纹结构及加工制备方法技术

本发明专利技术提出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，螺纹接头包括膨胀管母扣、膨胀管公扣；膨胀管母扣由端部向内依次设置有低锥度单钩型母螺纹、退刀槽、柱面密封段、一级密封槽和/或二级密封槽、锥面密封段以及负角度扭矩台肩；膨胀管公扣由端部向内依次设置有负角度扭矩台肩、锥面密封段、柱面密封段、单钩型公螺纹；螺纹接头采用双通道多级密封结构，具体是膨胀前三级密封结构和膨胀后二级密封结构的双通道密封形式；本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉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，特别涉及在套损补贴、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，以保证油气井安全有效开采。
技术介绍
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。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拧接连接组成管柱，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％以下)，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。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中所存在的技术问题，本专利技术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。本专利技术的技术解决方案是：大膨胀率下实体膨胀管用高密封性螺纹接头，采用直连型螺纹结构，其特殊之处在于：所述螺纹接头包括膨胀管母扣1、膨胀管公扣2；膨胀管母扣1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9以及负角度扭矩台肩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；所述螺纹接头采用双通道多级密封结构，具体是膨胀前三级密封结构和膨胀后二级密封结构的双通道密封形式；所述膨胀前三级密封结构包括：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；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；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相配合构成膨胀前三级辅助密封结构；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；所述膨胀后二级密封结构包括：所述膨胀管母扣1的一级密封槽7以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；所述膨胀管母扣1的二级密封槽8以及设置在二级密封槽8内的抗暴O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；所述一级密封槽7和二级密封槽8由端部向内依次设置。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；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；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。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7以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。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。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。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。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0.01～0.4mm。大膨胀率下膨胀管用快速上扣螺纹结构的加工方法，其特殊之处在于：包括公扣的加工和母扣的加工；加工母扣：1)首先使用粗车刀片加工端部台肩12、整体螺纹锥面、柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9和负角度扭矩台肩10，使整体螺纹锥面角度与螺纹锥度相同；在粗加工柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9和负角度扭矩台肩10时留0.1‐0.4mm的精加工余量；2)使用精车刀片依次加工柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9及负角度扭矩台肩10到要求的尺寸，使用槽刀加工退刀槽5、一级密封槽结构7和二级密封槽结构8；3)使用螺纹成形梳刀用螺纹所设计的螺距加工螺纹，最后倒毛刺并打磨起始扣和最后一点螺纹部分的毛刺，并检验螺纹参数；加工公扣：4)首先使用粗车刀片加工端部台肩12、整体螺纹锥面、柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9和负角度扭矩台肩10，整体螺纹锥面角度与螺纹锥度相同；粗加工时预留0.1-0.2mm的加工余量；5)使用螺纹成形梳刀用螺纹所设计的螺距加工螺纹，最后使用精车刀片依次加工柱面对柱面密封段6，锥面对锥面密封段9及负角度扭矩台肩10到要求的尺寸，倒毛刺并打磨起始扣和最后一点螺纹部分的毛刺，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征在于：所述螺纹接头包括膨胀管母扣(1)、膨胀管公扣(2)；膨胀管母扣(1)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(9)以及负角度扭矩台肩(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)；所述螺纹接头采用双通道多级密封结构，具体是膨胀前三级密封结构和膨胀后二级密封结构的双通道密封形式；所述膨胀前三级密封结构包括：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；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；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)相配合构成膨胀前三级辅助密封结构；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；所述膨胀后二级密封结构包括：所述膨胀管母扣(1)的一级密封槽(7)以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；所述膨胀管母扣(1)的二级密封槽(8)以及设置在二级密封槽(8)内的抗暴O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；所述一级密封槽(7)和二级密封槽(8)由端部向内依次设置。...

【技术特征摘要】
1.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，其特征
在于：
所述螺纹接头包括膨胀管母扣(1)、膨胀管公扣(2)；
膨胀管母扣(1)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(9)
以及负角度扭矩台肩(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)；
所述螺纹接头采用双通道多级密封结构，具体是膨胀前三级密封结构和膨
胀后二级密封结构的双通道密封形式；
所述膨胀前三级密封结构包括：
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；
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；
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)相配合构成膨胀前三级辅助密封结构；
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；
所述膨胀后二级密封结构包括：
所述膨胀管母扣(1)的一级密封槽(7)以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

\t封槽结构；
所述膨胀管母扣(1)的二级密封槽(8)以及设置在二级密封槽(8)内的
抗暴O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；
所述一级密封槽(7)和二级密封槽(8)由端部向内依次设置。
2.根据权利要求1所述的大膨胀率下膨胀管用快速上扣螺纹结构，其特征
在于：
所述膨胀管母扣(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)；
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)；
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。
3.根据权利要求2所述的大膨胀率下膨胀管用快速上扣螺纹结构，其特征
在于：所述锥面密封段(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(7)以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。
4.根据权利要求3所述的大膨胀率下膨胀管用快速上扣螺纹结构，其特征
在于：所述单钩型母螺纹(3)和单钩型公螺纹(4)的锥度为1:16～1:26。
5.根据权利要求4所述的大膨胀率下膨胀管用快速上扣螺纹结构，其特征
在于：所述锥面对...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，宋生印，李德君，吕能，田峰，王远，汪蓬勃，
申请(专利权)人：中国石油集团石油管工程技术研究院，西安三环科技开发总公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61