[发明专利]单钩形螺纹及端面金属自密封膨胀套管

说明书

技术领域

本发明涉及石油油气井工程中的套管，特别涉及一种膨胀套管，涉 及膨胀套管接头联接的螺纹结构，该单钩形螺纹及端面金属自密封膨 胀套管适合于无接箍的膨胀套管联接。

背景技术

目前，膨胀套管技术将成为21世纪石油钻采行业起着关键性作用 的技术之一。主要应用于钻井、封堵复杂层、尾管悬挂器以及套管修 复等多个领域，膨胀套管技术的最终目的是实现使用同一尺寸的套管 代替现行的多层套管，以提高对付多个复杂地层的能力，提高钻井作 业效率，降低钻井成本。膨胀套管技术就是在井眼中将管柱径向膨胀 至塑性变形区域，以达到“节省”井眼直径为目的的一种钻井工程新 技术。Enventure公司于20世纪80年代末在全世界率先开始了该项技 术的研究，并于1999年达到了商业应用水平。Enventure公司在膨胀 套管方面已获得的专利和待批的专利达600项，主要集中在膨胀套管 的螺纹连接方面。井眼变“瘦”可以使钻井成本显著降低，而且可以 用膨胀套管技术对以前一些因为钻井成本太高而无法开采的井进行经 济开采。在钻井中，把膨胀套管下入技术套管内，然后用膨胀工具和 膨胀工艺将下入的膨胀套管膨胀至与上层技术套管内壁紧贴。在裸眼 部分注水泥，在套管内重叠部分具有悬挂和密封元件。两层套管之间 的内径差仅仅是膨胀后套管的壁厚，从而最大限度的节省了井眼直径， 使可下入的套管层数增加，给深井，复杂地质条件的钻井和井身结构 带来“革命性”的影响和重大技术经济效益。

膨胀套管技术由少数几个外国石油公司所垄断，主要包括 Weatherford、Baker Hughes Qiltool公司、Enventure公司、 Halliburton公司等，其中应用该技术最成熟的是Enventure公司。至 2004年3月，Enventure公司已在世界上实施了209口膨胀套管作业 井，累计膨胀管长度为62862m，膨胀套管接头总共为5417个，已经成 为比较成熟的商业化技术，而且有广阔的应用前景。但许多关键技术， 如：膨胀套管接头、密封、润滑以及膨胀芯头的结构设计等属于商业 保密，将该技术引进国内，其成本较高，因此迫切需要我们开发具有 自主知识产权的膨胀套管技术，本发明专利就是在此背景技术下发明 的单钩形端面金属自密封膨胀套管螺纹接头，专用于膨胀套管。

发明内容

本发明的目的是提供一种单钩形螺纹及端面金属自密封膨胀套管， 克服常规螺纹不能直接加工在无接箍且壁厚较薄的膨胀套管上的不 足，基于高度非线性弹塑性螺纹接触以及非线性超弹性橡胶与金属表 面接触问题的有限元仿真模拟技术，为膨胀套管提供了一种具有很好 的密封性以及膨胀强度均匀的单钩形端面金属自密封膨胀套管螺纹接 头。

本发明采用的技术方案是：单钩形螺纹及端面金属自密封膨胀套 管，包括膨胀套管管体，在管体的两端分别有外螺纹端和内螺纹端。 外螺纹端和内螺纹端有单钩形螺纹。在两根膨胀套管连接后，外螺纹 端的单钩形螺纹与外螺纹端单钩形螺纹配合形成螺纹钩面密封。在外 螺纹端螺纹顶部有圆柱形金属密封面，在内螺纹端螺纹根部有圆柱形 金属密封面，在两根膨胀套管连接后，外螺纹端螺纹顶部的金属密封 面与内螺纹端螺纹根部的金属密封面配合形成圆柱形金属密封。在内 螺纹端的圆柱形金属密封面上有环形密封槽，在环形密封槽内有橡胶 密封圈。在两根膨胀套管连接后，橡胶密封圈起到密封作用。

所述的外螺纹端螺纹顶部的圆柱形金属密封面和内螺纹端螺纹根 部的圆柱形金属密封面的长度为10～15mm，两者通过过盈配合确保自 密封可靠。

所述的外螺纹端和内螺纹端的单钩形螺纹的螺纹锥度为1:24～ 26，螺纹的螺距是6.35mm，单钩形螺纹的高度(中线的高度)为1.575mm。 单钩形螺纹接触面的钩面偏角与管体中心线的垂线夹角为4°，单钩形 螺纹的背面偏角与管体中心线的垂线夹角为18°～22°。该单钩形螺 纹具有很强的密封效果和均匀的接触应力分布，同时具有较强的轴向 抗拉强度。