[发明专利]可膨胀螺纹连接机构

说明书

背景技术

套管接箍(casing joint)、衬管以及其它油田管件经常用于钻探、完成和开采井。例如，套管接箍可以安置在井眼内以稳定成形，以抵抗高的井眼压力(例如，超过成形压力的井眼压力)保护成形等。套管接箍可以以端对端的方式通过螺纹连接、焊接连接以及本领域已知的其它连接形式连接。连接可以设计为在连接的套管接箍的内部与套管接箍的外壁和井眼壁部之间所形成的环形空间之间形成密封。例如，密封可以为合成橡胶密封(elastomeric seal)(例如，O形环密封)、紧靠连接机构形成的金属-金属密封、或本领域已知的类似密封。在一些连接中，密封形成于内螺纹与外螺纹之间。具有此特征的连接称为具有“螺纹密封”。在此处使用时，“螺纹密封”表示在阴螺纹件(box member)上的内螺纹和阳螺纹件(pinmember)上的外螺纹的至少一部分之间形成密封。

图2显示如颁发给Blose的美国专利No.RE30,647中所披露的现有技术的由楔形螺纹构成的管形螺纹连接，该专利被转让给本发明的受让人且在此并入本文供参考。楔形螺纹的特征在于螺纹在阳螺纹连接201和阴螺纹连接2000上的相反方向上的宽度(即，牙侧208和209之间的轴向距离)增加。楔形螺纹详尽地披露在颁发给Reeves的美国专利No.RE34,467、颁发给Ortloff的美国专利第4,703,954号、以及颁发给Mott的美国专利第5,454,605号中，所有这些专利都转让给本发明的受让人且在此并入本文供参考。这样构成的连接机构由内螺纹连接件200以及外螺纹连接件201组成。构成的连接机构具有从阳螺纹前端203到阴螺纹前端204的整个连接长度202(或参数L1)、以及从阳螺纹206上的第一接合螺纹开始到阳螺纹207上的最后接合螺纹的端部的接合螺纹长度205(或参数L2)。要提及的是，接合螺纹长度205不能一直如图2所示在相同的轴向平面中进行测量，这是因为从第一接合螺纹开始将不会一直与最后接合螺纹的端部位于相同的轴向平面中。

楔形螺纹形式具有对扣牙侧(stab flank)208，如此命名是因为当螺纹连接最初“对扣”到一起而构成时通常接触。在连接完全构成之前，对扣牙侧208支撑管件的重量。螺纹形式还具有负载牙侧209，如此命名是因为所述负载牙侧承载施加在悬吊在井眼中的套管柱内构成的连接机构上的拉伸负载。阳螺纹连接件201上的螺纹形式具有阳螺纹牙底210和阳螺纹牙顶211。阴螺纹连接件200上的螺纹形式具有阴螺纹牙底212和阴螺纹牙顶213。

参照图2，颁发给Blose的美国专利No.RE30,647和颁发给Reeves的美国专利No.RE34,467之间的一个区别在于Blose披露了一种在阳螺纹牙顶211和阴螺纹牙底212之间、以及在阴螺纹牙顶213和阳螺纹牙底210之间具有间隙的楔形螺纹，而Reeves披露了牙底和牙顶之间的选定干涉量。除了楔形螺纹中固有的对扣牙侧和负载牙侧的干涉外，牙底-牙顶干涉也提供螺纹密封。此螺纹密封可以为其它密封机构提供支持，或者也可以单独使用。Blose所披露的间隙显示为图2中的间隙A和间隙B。Reeves所披露的楔形螺纹已经部分地替代了Blose所教示的螺纹，这是因为间隙A和B可防止连接能密封高压力。

在某些井的构造操作中，优点为在钻(“开”)孔中或下套井眼(casedwellbore)内径向塑性膨胀螺纹管或套管接箍。在下套井眼中，可径向膨胀的套管可以用于加固磨损或损坏的套管，例如，以便增加旧套管的猝发传输率，从而防止孔过早废弃。在井眼的开孔部分中，可径向膨胀的套管的使用对于所需的最终下套管井(cased hole)的直径可以减小所需的钻孔直径，并且还可以减小固定井眼中的套管所需的所需水泥量。

膨胀工具典型地用于使设置在井眼内的套管柱或管柱从初始状态(例如，从初始直径)塑性径向膨胀到膨胀状态(例如，具有较大的直径)。一种普通的现有技术的膨胀过程使用显示在图1中的呈圆锥形逐渐变细的冷成形膨胀工具101(通常称作“清管器(pig)”)，以使井眼中的套管膨胀。膨胀工具101通常密封在清管器发送筒(未示出)内，所述清管器发送筒为连接到进入井眼的套管柱下端的钟形部分。因为清管器发送筒必须通过已经安装在井眼中的母体套管(parent casing)，所以，清管器发送筒具有小于母体套管的“通径(drift diameter)”的外径。当在此使用时，“通径”为可以通过井眼或安装在井眼中的套管的最大外径。通常，由于井眼不是特别直，因此，通径要稍微小于井眼或套管的内径。由此使恰好具有母体套管内径的工具将不能自由移动通过母体套管。