[发明专利]一种膨胀套管金属密封接头

说明书

一种膨胀套管金属密封接头，由外螺纹接头和内螺纹接头组成，外螺纹接头由内端向外依次设置有第一负角度台肩，第一导向面，第一倒钩形螺纹，第一金属密封面，第三负角度台肩以及B凸起；内螺纹接头在与外螺纹接头对应的位置依次设置有凹槽，第四负角度台肩，第二金属密封面，第二导向面，第二倒钩形螺纹以及第二负角度台肩，本发明外螺纹接头和内螺纹接头的负角度台肩、金属密封面、螺纹以及负角度台肩，通过膨胀过程提高金属密封结构的密封性能，为膨胀套管提供一种适合膨胀的膨胀套管接头，该膨胀套管接头强度高，膨胀后密封性能好而且可靠。

技术领域

本发明属于油气井建井及修井领域中的石油膨胀套管技术，尤其涉及一种膨胀套管金属密封接头，是一种采用液体压力驱动膨胀工具对套管进行膨胀的膨胀套管接头。

背景技术

膨胀套管技术是将套管柱以原始尺寸下入井底，然后用膨胀工具使套管内外径扩大约10％至30％左右而产生永久变形，以达到预定工程目的的技术。该技术可用于钻井、完井及修井等作业过程。

刚性锥是目前应用最广泛的膨胀工具，使用刚性锥实现套管柱膨胀的过程如图1所示。首先将膨胀套管柱下入到井眼中的预定位置，然后依靠高压液体驱动刚性锥在膨胀套管柱内部沿轴向运动，由于刚性锥的外径大于膨胀套管的原始内径，当刚性锥通过膨胀套管时，膨胀套管的内外径会被膨胀扩大。利用刚性锥对膨胀套管膨胀时，要求膨胀后的套管接头具备液体密封性能，以维持驱动膨胀锥所需的液体压力。

目前所用的膨胀套管接头主要依靠橡胶圈密封，其结构示意图见图2。该接头由具有倒钩形螺纹16的外螺纹接头14和内螺纹接头15组成，内螺纹接头15还设置有密封槽18和扭矩台肩19’。该接头结构的连接性能由倒钩形螺纹实现，密封性能主要由密封橡胶圈17实现，上扣扭矩控制由外螺纹扭矩台肩20和内螺纹扭矩台肩20’实现。这种采用弹性密封圈密封的膨胀套管接头具有以下缺点：(1)在套管上扣过程中橡胶圈17容易被外螺纹端部挤出密封槽；(2)套管膨胀直径变大后，橡胶圈17容易断裂。因此，这种弹性橡胶圈密封方式无法确保膨胀套管接头的密封性能，可靠性低。

常用于特殊螺纹接头的锥面-锥面金属密封结构示意图见图3，这种接头由内螺纹接头20和外螺纹接头21组成，内外螺纹接头上都设置有金属密封面以及扭矩台肩。计算机有限元模拟和实物实验都发现这种密封结构不适用于膨胀套管。通过有限元仿真，得到特殊螺纹接头锥面-锥面金属密封结构膨胀后的结构示意图见图4。由图4可知，膨胀后扭矩台肩之间出现了间隙，且金属密封面之间也产生了分离，所以这种密封结构膨胀后的密封效果不佳。分析仿真结果，发现其密封性能不好的原因为：由于膨胀过程中外螺纹接头比内螺纹接头的轴向收缩量大，膨胀后套管内侧的扭矩台肩之间会出现间隙，使外螺纹接头端部失去径向上的约束，在膨胀锥经过后因为金属回弹产生了向套管内侧的弯曲，导致金属密封面之间产生间隙，降低或者失去了接头的密封性能。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种膨胀套管金属密封接头，采用负角度锥面-锥面密封形式，通过膨胀过程提高金属密封的密封性能，具有密封性能好而且可靠的特点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种膨胀套管金属密封接头，由外螺纹接头1和内螺纹接头2组成，外螺纹接头1由内端向外依次设置有第一负角度台肩3，第一导向面4，第一倒钩形螺纹5，第一金属密封面7，第三负角度台肩9以及B凸起10；内螺纹接头2在与外螺纹接头1对应的位置依次设置有凹槽11，第四负角度台肩9’，第二金属密封面8，第二导向面6，第二倒钩形螺纹5’以及第二负角度台肩3’。

所述的外螺纹接头1的第一负角度台肩3与内螺纹接头2的第二负角度台肩3’有两种结构形式，第一种为常规负角度台肩，第二种为在第二负角度台肩3’靠套管内侧设置一个A凸起3’-1，第一负角度台肩3对应位置设置一个凹槽，A凸起3’-1卡在凹槽中，限制内螺纹接头端部在径向上的位移。

外螺纹接头1的第一倒钩形螺纹5与内螺纹接头2的第二倒钩形螺纹5’相互啮合。