[发明专利]一种非常规气田用气密封套管端部螺纹及接箍螺纹结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种非常规气田用气密封套管端部螺纹及接箍螺纹结构，属于机械领域。非常规气田用气密封套管主要用于完井生产管柱。

背景技术

中国非常规气田面积大，均属于低压(储层压力小于35MPa)、低渗岩性圈闭气藏，单井产量低。有效开发该种气田只有靠多钻井，套管在建井中所占比例较大。套管是由管体和端部螺纹接头构成，套管间通过接箍连接。管体成本是由材料性能要求决定；螺纹接头、接箍成本是由螺纹结构形式决定。因此，选择价格低廉又能实现气密封的螺纹接头和接箍是降低开发成本的有效措施。

中国西部低压低渗气田，采用带台肩和密封面的气密封螺纹接头套管，接箍毛坯壁厚及长度、加工所用刀具及加工工艺均比直接采用螺纹密封需要消耗更多的材料及更多的加工工序和时间。由于螺纹接头加工成本是API螺纹的1.5倍以上，管柱成本无法满足该种气田经济有效开发。

采用API长圆螺纹接头加特殊螺纹脂(Catts101)虽满足低压气密封要求，但是上扣后，就不能再实施卸扣作业且上扣速度较慢。试验验证该特殊螺纹脂用最小扭矩(API规定)上扣后螺纹气密封压力在26MPa就会发生泄漏，严重影响油田的使用并带来安全隐患。

因此，需要开发一种能够实现反复上扣、承受较大弯曲和拉伸载荷的经济型气密封螺纹接头和接箍。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够满足非常规气田用、经济有效的气密封套管端部螺纹及接箍螺纹结构。以降低管柱成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明包括气密封套管端部外螺纹和接箍内螺纹，所述套管端部外螺纹从螺纹根部到螺纹端部有向套管轴线倾斜的锥度，其外螺纹大端锥度Ow₁＝62～65mm/m，螺纹小端在前3～4牙位置处变锥，小端锥度Ow₂＝60～62mm/m可形成有效密封啮合，所述套管端部外螺纹的其它技术参数为：承载面角度α＝15～30°用来保证上扣后提高抗拉能力，导向面角度β＝30～45°保证上扣导向稳定，牙顶圆弧半径Rt＝0.41～0.45mm用来抗粘扣同时具有辅助密封作用，牙底圆弧半径Rd＝0.37～0.41mm上扣易对扣且承载面与导向面接触，牙高h＝1.9～2.2mm可提高抗拉强度，螺距N＝每英寸6～8牙，保证上扣及拉伸载荷下的强度；接箍内螺纹从接箍中心到两端对称设置，且每侧内螺纹均与套管端部外螺纹相匹配，其承载面角度、导向面角度、牙顶圆弧半径、牙底圆弧半径、螺距与套管端部外螺纹相同，内螺纹锥度On＝65～70mm/m用来形成有效密封啮合，内螺纹牙高1.9～2.2mm。

本发明的优点：牙顶半径大于牙底且半径在确定值的较小范围内；牙高大于现有螺纹高度；外螺纹慢锥(螺纹小端在前3～4牙位置处变锥)，内螺纹快锥相互配合形成有效密封；采用大的牙高，修改牙顶与牙底圆弧半径，实现承载面与导向面接触，牙顶不发生粘扣，快慢锥配合实现气密封。与目前传统特殊螺纹接头比较无台肩及独立密封面，采用螺纹密封设计思想，具有加工成本低、节约材料、检测方便、无需特殊螺纹脂上卸扣方便快速的优点，完全满足非常规气田经济高效开发的要求。

附图说明

图1为非常规气田用气密封套管连接示意图；

图2为非常规气田用气密封套管端部螺纹及接箍螺纹结构示意图；

图3为气密封套管端部外螺纹牙形示意图；

图4为接箍内螺纹牙形示意图。

图中：1-套管，2-接箍，3套管端部外螺纹，4、接箍内螺纹。

具体实施方式

实施例：

以Φ139.7X9.17mm N80Q套管为例，套管端部外螺纹及接箍内螺纹参数如下：

内螺纹参数

外螺纹参数

试验方法参考API 5C5(第三版)：试样数量5根。

试验评价项目包括：螺纹的抗粘扣性能、密封性能、内屈服强度及连接强度。

上卸扣试验：螺纹经过3次上扣，2次卸扣，无粘扣现象。

气密封性能：螺纹经过VME＝75％(材料及壁厚名义值)、20°/30m弯曲狗腿度、135℃条件、气体内压35MPa。静态气密封压力53MPa。无泄漏发生。内屈服强度：抗内压强度高于API规定同规格LC(长圆螺纹)相应规定值63.4MPa。

连接强度：抗拉伸强度高于API规定同规格LC(长圆螺纹)相应规定值1904KN。