[实用新型]单钩形端面金属自密封膨胀套管螺纹接头

说明书

技术领域

本实用新型涉及油气井工程技术领域，特别涉及膨胀套管，是一种膨胀套管联接的特殊螺纹接头，适用于无接箍的膨胀套管联接，适用于高压、高产气井的膨胀套管补贴以及膨胀套管固井技术。

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，该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。在钻井中，把膨胀套管下入技术套管内，然后用特殊工具和工艺将下入的膨胀套管膨胀至与上层技术套管内壁紧贴。在裸眼部分可注水泥，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。

通过计算机仿真模拟技术和室内实物实验研究证明：对于“等锥度”金属自密封接头，如果套管不进行膨胀，那么此等锥面可以形成自密封面，但是如果套管进行膨胀，由于等锥度密封面处的外螺纹接头和内螺纹接头的壁厚不相等，即为变壁厚，引起套管在此处径向膨胀刚度不相等，两锥面的径向变形不相等，由原来的“等锥度”变成了膨胀后的“非等锥度”，从而失去了自密封性的。反之，如果要使膨胀后形成“等锥度”的金属自密封，那么就需要把膨胀前接头设计为“非等锥度”的接头。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种单钩形端面金属自密封膨胀套管螺纹接头，克服常规螺纹不能直接加工于无接箍且壁厚较薄的膨胀套管上的技术缺陷，基于高度非线性弹塑性螺纹接触问题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完整性以及膨胀强度均匀性的非等锥度金属自密封膨胀套管钩形螺纹接头。

本实用新型采用的技术方案是：单钩形端面金属自密封膨胀套管螺纹接头，主要由外螺纹接头、内螺纹接头和矩形橡胶内密封圈组成，其特征在于：在膨胀套管外螺纹接头的螺纹端部有非等锥度的外螺纹接头金属自密封锥面；在膨胀套管内螺纹接头的根部外壁上有非等锥度的金属自密封锥面，该处为流体泄漏的初始位置，因此该处称为第一次密封；

在内螺纹接头螺纹根部并非等锥度的金属自密封锥面的上部有内螺纹接头密封槽，在内螺纹接头密封槽内有横截面为矩形的矩形橡胶密封圈。矩形橡胶密封圈具有接触范围大，该矩形橡胶密封圈具有很强的第二次密封效果；

外螺纹接头和内螺纹接头之间的螺纹是钩形螺纹，即钩形螺纹是钩形螺纹密封接触面和钩形螺纹背面组成。钩形螺纹密封接触面与螺纹中线垂直，能产生金属接触密封效果，钩形螺纹背面与螺纹中线的斜度为20～25°，该负角度的钩形螺纹具有很强的第三次密封效果和接触应力分布均匀的特点，同时具有较强的轴向抗拉强度和很强的抗滑脱能力。

在外螺纹接头的根部有外螺纹接头密封槽，在外螺纹接头密封槽3内有横截面为矩形的矩形橡胶密封圈。此处的矩形橡胶密封圈，为单钩形端面金属自密封膨胀套管螺纹接头的第四次密封。

套管膨胀后，本实用新型具有非等锥度金属密封(第一次密封)、内螺纹接头根部橡胶密封(第二次密封)、螺纹钩面金属密封(第三次密封)以及外螺纹接头根部橡胶密封(第四次密封)，共具有四次密封功能。

本实用新型的基于计算机数值模拟仿真设计的单钩形端面金属自密封膨胀套管螺纹接头，具有负角度的钩形内外螺纹紧密咬合，消除了应力集中，强度高。内螺纹接头根部和外螺纹接头端部设计了非等锥度的金属自密封锥面，内螺纹接头上的金属自密封面的锥度稍大于外螺纹接头上的金属自密封面的锥度。因此该实用新型具有非等锥度的金属-金属自密封、金属-橡胶-金属密封以及螺纹钩形面金属接触密封等，具有密封完整性和膨胀接头强度均匀性。

本实用新型的有益效果：本实用新型“非等锥度”的单钩形端面金属自密封膨胀套管螺纹接头与现有技术相比，具有更好的密封完整性以及膨胀强度的均匀性，通过计算机仿真模拟技术和室内实物实验研究证明：现有的“等锥度”金属自密封接头具有在膨胀后失去了自密封性的不足，而本实用新型“非等锥度”的单钩形端面金属自密封膨胀套管螺纹接头，克服了现有技术膨胀后失去了自密封性的不足，保证了其密封完整性，加工成本低。

附图说明

图1是本实用新型单钩形端面金属自密封膨胀套管螺纹接头的单侧纵向截面示意图。

图2是本实用新型图1中A局部放大剖面图。