一种用于高温高压超深井的直连型气密封套管制造技术

本发明专利技术涉及一种用于高温高压超深井的直连型气密封套管，包括管体部分和接头部分。接头部分由两级辅助密封(-15°角扭矩台肩、直角扭矩台肩)、两级主密封(圆弧面/锥面密封结构、球面/柱面密封结构)、变形释放空间、减压槽、退刀槽、螺纹连接段等组成。本发明专利技术解决了高温高压油气井螺纹接头部分容易出现粘扣，密封失效、扭矩台肩剪切失效，接头抗应力腐蚀性能差、螺纹连接强度差，应力分布不均等技术问题，可用于高温、高压油气井、含腐蚀性气体气井，深井、超深井，定向井,水平井,小井眼井等。

Direct connection type gas sealing sleeve for high temperature and high pressure ultra deep well

The invention relates to a direct connection type gas sealing sleeve used for a high temperature, high pressure and ultra deep well. The joint part of the seal by the two auxiliary (-15 angle torque shoulder, right shoulder torque and grade two) main seal (ARC / cone seal structure, seal structure, spherical / cylindrical) deformation release space, decompression groove, tool withdrawal groove, thread connecting section etc.. The invention solves the problem of high temperature and high pressure oil and gas well threaded joint part to gluing, seal failure and torque shoulder joint shear failure, stress corrosion resistance and poor performance of threaded connection strength, should not equal technical problems of power distribution, can be used for high temperature and high pressure oil and gas well, containing corrosive gas wells, deep and ultra wells, directional wells, horizontal wells, slim hole wells.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种油气井用套管，尤其涉及一种可实现高温高压超深油气井安全开采的特殊螺纹气密封套管。技术背景随着国内外油气田开采力度的不断加大，非API油套管以其连接强度高、密封性能好、操作方便的优点，在油气田中使用得越来越广泛。当前国内出现了不少深井、超深井、高温高压并含有腐蚀性气体的油气井，传统的API接头和部分特殊螺纹接头的气密封性和耐腐蚀性很难满足要求，目前在高温高压井中使用的部分套管已经发生了粘扣和气体泄漏的现象。针对这样恶劣工况的需要，要求使用的油井管在超深油气井中具有更高的气密封性能、连接强度和耐腐蚀性能。另外在在井眼相对较小，并且井内壁表面不光滑的情况下，带接箍的套管产品下井时相对困难，常常发生入井不到位、遇阻等现象。针对当前油气井趋向的小井眼钻井、小井眼固井以及套损井内下套管等工况，需要一种无节箍套管。因此，开发出一种无节箍直连型气密封套管以满足上述工况具有十分重要的意义。
技术实现思路
为了解决高温高压油气井螺纹接头容易出现粘扣，密封失效、扭矩台肩剪切失效，接头抗应力腐蚀性能差、螺纹连接强度差，应力分布不均等技术问题；同时为了减少上扣时间，节约钻井成本，本专利技术提出了一种高温高压超深井直连型气密封套管。本专利技术的技术解决方案是：一种高温高压超深井直连型气密封套管，包括管体部分和接头部分。接头部分包括螺纹连接部分，主密封部分和辅助密封部分。新颖之处在于：所述管体部分不扩径、仅接头部分采用镦锻加粗，使接头外径相对于管体外径增加约5％；所述主密封包括第一级主密封和第二级主密封。第一级主密封靠近扭矩台肩1，为圆弧面/锥面密封结构，第二级主密封靠近扭矩台肩3，为球面/柱面密封结构；所述辅助密封由扭矩台肩构成，扭矩台肩包括第一扭矩台肩1和第二扭矩台肩3。第一主密封和第一扭矩台肩间有变形释放空间，第二扭矩台肩和第一主密封间有减压槽，第二主密封和螺纹起始段间有退刀槽；所述接头螺纹采用倒钩型螺纹，靠近第二密封面的螺纹采用变螺距结构，同时采用变齿高结构。上述第一扭矩台肩为-15°扭矩台肩，第二扭矩台肩为90°扭矩台肩。上述变形释放空间是由两段过渡圆弧及第一主密封部分围成的一个密闭空间。外圆弧面和第一扭矩台肩的过渡圆弧半径为1.2mm，内锥面和第一扭矩台肩的过渡圆弧半径为0.6mm。上述第二级主密封的球面曲率半径为40mm～80mm。上述倒钩型螺纹承载面角度为-4°～-8°，导向面角度为15°～20°，外螺纹磷化处理，内螺纹镀铜处理。本专利技术所具有的的有益效果：1、本专利技术采用两级主密封和两级辅助密封结构，-15°扭矩台肩具有较强的抗过扭能力，同时对轴向载荷不敏感，在轴向载荷较大地情况下仍能保持较高的密封性能。直角台肩同时保证在压缩载荷下的密封性能，保护-15°扭矩台肩在压缩载荷下不造成剪切失效。双扭矩台肩组合结构可优化螺纹应力分布，降低螺纹接触应力，防止螺纹粘扣，同时能增强接头的抗疲劳性能。球面/柱面密封结构和圆弧/锥面密封结构相结合，可保证在复合载荷作用下的良好密封性能。各级密封结构间均有一定的过渡空间，可以起到变形缓冲的作用。给各级密封结构提供变形释放空间，是为了降低应力集中，防止密封结构产生屈服失效。2、本专利技术套管可满足高温，高压及含腐蚀性介质的苛刻工况，同时在复合载荷下具有较强的连接强度、密封性能和抗疲劳失效能力，具有抗粘扣、抗脱扣、抗过扭矩的优良性能。管体接头处加厚5％,既保证了连接效率(连接效率高达90％以上)，同时相对于API加厚型接头，保证了更大的环隙空间，更方便下井操作。具有100％抗轴向载荷和抗内、外压能力，另外具有较强的抗压缩性能和抗弯矩能力，在井身结构具有一定的狗腿度时，也能保证安全施工。3、本专利技术可用于高温、高压油气井，含腐蚀性气体气井，深井、超深井，定向井，水平井，小井眼井等。附图说明图1为本专利技术套管的整体结构示意图。图2为本专利技术套管接头连接结构示意图。图3为本专利技术密封段结构图。图4为本专利技术螺纹结构示意图。附图标记为：1.第一扭矩台肩，2.第一主密封，3.第二扭矩台肩，4.第二主密封，5.变形释放空间，6.减压槽，7.退刀槽，Ⅰ.大螺距区域，II.正常螺距区域，III.小螺距区域，201.第一主密封圆弧面，202.第一主密封锥面，401.第二主密封柱面，402.第二主密封球面，501.第一主密封圆弧和第一扭矩台肩间的过渡圆弧，502.第一主密封锥面和第一扭矩台肩间的过渡圆弧，801.大螺距区域的外螺纹，802.大螺距区域的内螺纹，803.正常螺距区域的外螺纹，804.正常螺距区域的内螺纹，805.小螺距区域的外螺纹，806.小螺距区域的内螺纹。具体实施方式本专利技术套管是由管体部分A和接头部分B组成，接头部分由两级辅助密封(-15°角扭矩台肩1、直角扭矩台肩3)、两级主密封(圆弧面/锥面密封结构2、球面/柱面密封结构4)、变形释放空间5、减压槽6、退刀槽7、螺纹连接段等等组成。第一主密封圆弧在公扣上，第二主密封球面在母扣上，过渡圆弧501半径为1.2mm；过渡圆弧502半径为0.6mm；第二主密封球面半径为40mm～80mm；第一主密封锥面锥度为1:8～1:10；螺纹导向面角度为15°～20°；螺纹承载面角度为-4°～-6°；Ⅰ区外螺纹的齿高为1.575mm；Ⅰ区内螺纹齿高为1.675mm；Ⅰ区内螺纹齿距为7牙/in，外螺纹齿距为7.2牙/in；II区外螺纹齿高1.775mm；II区内螺纹齿高1.875mm；II区内外螺纹齿距均为7牙/in。III区外螺纹齿高为1.575mm；III区内螺纹齿高1.675mm；III区内螺纹齿距为7牙/in，外螺纹齿距为6.75牙/in。如图1所示，本直连型套管，一端加工有外螺纹，另一端加工有内螺纹，通过直接将外螺纹和内螺纹拧结，形成井下的套管柱，从而满足油田工作需求，并且该套管在连接时由于不采用结箍，大大降低了下井操作时间和螺纹失效事故的发生。套管接头部分内径没有采用加厚处理，避免在内径变化处产生压力波动对管体造成冲击应力。内外螺纹旋合后，管体内径齐平，能有效减少气体紊流现象，提高了接头的抗腐蚀能力。管体接头部分B进行外镦粗加厚处理，这样接头具有更好地连接效率、连接强度和抗内外压能力。如图2所示，接头部分由第一扭矩台肩1，第一主密封面2，第二扭矩台肩3，第二主密封面4，变形释放空间5，应力卸荷槽6，螺纹退刀槽7，螺纹密封段Ⅰ、II、III等组成。其中靠近管体内壁的密封结构和靠近外壁的密封结构相同，大大增强了管体在内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温高压超深井直连型气密封套管，包括管体部分和接头部分,接头部分由两级辅助密封(‑15°角扭矩台肩、直角扭矩台肩)、两级主密封(圆弧面/锥面密封结构、球面/柱面密封结构)、变形释放空间、减压槽、退刀槽、螺纹连接段等等组成。

【技术特征摘要】
1.一种高温高压超深井直连型气密封套管，包括管体部分和接头部分,接头部分由两级辅助密
封(-15°角扭矩台肩、直角扭矩台肩)、两级主密封(圆弧面/锥面密封结构、球面/柱面密
封结构)、变形释放空间、减压槽、退刀槽、螺纹连接段等等组成。
2.根据权利要求1所述的圆弧面/锥面密封结构，圆弧面在公扣靠近-15°扭矩台肩处，锥面
锥度为1:8～1:10。
3.根据权利要求1所述的球面/柱面密封结构，球面在母扣靠近直角台肩处，球面曲率半径为
40mm～80mm。
4.根据权利要求1所述，接头部分靠近管体内壁的密封结构和靠近管体外壁的密封结...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫丽，涂炼，杨雨，张光才，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51