一种用于膨胀管的螺纹连接结构及其应用、一种膨胀管的制作方法

1.本发明涉及膨胀管技术领域，特别涉及一种用于膨胀管的螺纹连接结构及其应用、一种膨胀管。


背景技术：

2.膨胀管技术作为一种非常规技术于上世纪80年代诞生于壳牌石油公司，90年代末达到商用水平，被称为是“21世纪石油工业发展的核心技术之一”。所谓膨胀管，又称实体膨胀管，是指用特殊材料制成的实体金属圆管，其原始状态具有较好的延展性，在膨胀力的作用下，通过膨胀锥的挤压扩张作用，其内径和外径均得到膨胀并发生永久塑性变形，一般膨胀率可达到10～30％。膨胀管技术是将膨胀管管柱下到预定井深位置，采用机械或液压的方法，通过拉力或液压力使膨胀管膨胀，达到扩大井眼或生产管柱内径的目的，可实现修井、完井和钻井封堵等作业目标。
3.膨胀管的连接采用螺纹连接方式，这种连接方式便于在施工现场装配。一般地，膨胀管的螺纹连接不仅要保证在膨胀前后有足够的连接强度，还要保证在膨胀前后有良好的密封性。


技术实现要素：

4.现有技术中，由于膨胀管的壁厚一般较小，膨胀锥对膨胀管进行挤压扩张时，螺纹受到径向力较大，这样在发生塑性变形后螺纹很容易受损，造成膨胀管的连接失效。鉴于上述问题，有必要提出一种膨胀螺纹连接装置以解决或部分解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：
5.第一方面，本发明提出了一种用于膨胀管的螺纹连接结构，包括第一膨胀管、第二膨胀管和保护套，所述第一膨胀管与所述第二膨胀管通过螺纹连接，其中：
6.所述第一膨胀管包括第一螺纹部、第一密封面和镗孔，所述第一螺纹部设置于所述第一膨胀管与所述第二膨胀管连接的一端，所述第一螺纹部设置有内螺纹，所述内螺纹为锥螺纹，所述内螺纹端部的公称直径比根部的公称直径大，所述内螺纹的根部设置有沿轴向的第一密封面，所述内螺纹的端部设置有沿轴向的镗孔；
7.所述第二膨胀管包括第二螺纹部、第二密封面和第三密封面，所述第二螺纹部设置有外螺纹，所述外螺纹设置于所述第二膨胀管与所述第一膨胀管连接的一端，且所述外螺纹与所述内螺纹相匹配，所述外螺纹的端部设置有第二密封面，所述外螺纹的根部设置有第三密封面，所述第二密封面嵌入所述第一密封面中，所述第三密封面嵌入所述镗孔中；
8.所述保护套外套于所述第一膨胀管上，以使得所述内螺纹与所述外螺纹连接时，所述保护套至少覆盖所述内螺纹和所述外螺纹。
9.进一步的，所述第二密封面与所述第一密封面之间为间隙配合，所述第三密封面与所述镗孔之间为间隙配合。
10.进一步的，所述第一密封面在远离内螺纹的一端设置有截面呈锥形的环形锥槽，
所述第二密封面远离所述外螺纹的一端截面形状与所述环形锥槽相匹配。
11.进一步的，所述保护套包括本体和凸台，所述本体为圆筒状，所述凸台设置于所述本体的一端内部且朝向所述本体径向，所述凸台抵靠所述第三密封面。
12.进一步的，所述镗孔远离所述内螺纹的一端面到所述第三密封面远离所述外螺纹的一端面的距离等于所述凸台的轴向长度。
13.进一步的，所述第二密封面上设置有凸起部，所述凸起部的轴向截面外轮廓为圆弧状，所述第一密封面上设置有与所述凸起部匹配的凹陷部。
14.进一步的，所述凸起部与所述凹陷部之间为过盈配合。
15.进一步的，所述外螺纹和所述内螺纹均为左旋螺纹。
16.进一步的，所述外螺纹和所述内螺纹为偏梯形螺纹，所述偏梯形螺纹包括齿顶面、齿根面、承载面和非承载面，所述齿顶面和所述齿根面与螺纹中径线平行，所述螺纹中径线的锥度设置在1:12～1:32之间。
17.进一步的，所述承载面到所述第一膨胀管轴线的垂直面的夹角α为负角度，α的值不大于15度。
18.进一步的，所述用于膨胀管的螺纹连接结构还包括第一密封圈和第二密封圈，所述第三密封面上设置有第三环形槽，用于放置所述第一密封圈；所述第一密封面上设置有第四环形槽，用于放置所述第二密封圈。
19.第二方面，本发明还提出了一种所述的用于膨胀管的螺纹连接结构在膨胀管中的应用。
20.第三方面，本发明还提出了一种膨胀管，包括膨胀管本体，以及分别设置于所述膨胀管本体两端的第一连接部和第二连接部，所述第一连接部包括第一螺纹部、第一密封面和镗孔，所述第二连接部包括第二螺纹部、第二密封面和第三密封面，其中：
21.所述第二密封面和所述镗孔设置于所述膨胀管本体的两端；
22.所述第一螺纹部设置有内螺纹，所述内螺纹为锥螺纹，所述内螺纹端部的公称直径比根部的公称直径大；
23.所述第一密封面沿轴向设置于所述内螺纹的根部；
24.所述镗孔沿轴向设置于所述内螺纹的端部；
25.所述第二螺纹部设置有外螺纹，所述外螺纹适于与所述内螺纹相匹配；
26.所述第二密封面设置于所述外螺纹的端部，所述第二密封面适于嵌入所述第一密封面；
27.所述第三密封面设置于所述外螺纹的根部，所述第三密封面适于嵌入所述镗孔。
28.基于上述技术方案，本发明较现有技术而言的有益效果为：
29.本发明公开了一种用于膨胀管的螺纹连接结构，包括第一膨胀管、第二膨胀管和保护套，所述第一膨胀管包括第一螺纹部、第一密封面和镗孔，所述第一螺纹部设置有内螺纹，所述第二膨胀管包括第二螺纹部、第二密封面和第三密封面，所述第二螺纹部设置有外螺纹，所述外螺纹与所述内螺纹相匹配，所述第二密封面嵌入所述第一密封面中，所述第三密封面嵌入所述镗孔中，承担了部分径向力，避免螺纹受损，从而保障膨胀前后外螺纹与所述内螺纹具有较好的连接强度；所述保护套外套于所述第一膨胀管上，以使得所述内螺纹与所述外螺纹连接时，所述保护套至少覆盖所述内螺纹和所述外螺纹，保护套可防止在入
井过程中对内螺纹和外螺纹造成的刮伤，并且在膨胀后也可起到一定的密封作用。
附图说明
30.图1是本发明实施例一中，第一膨胀管和第二膨胀管的结构示意图；
31.图2是本发明实施例一中，用于膨胀管的螺纹连接结构的结构示意图；
32.图3是本发明实施例一中，保护套的结构示意图；
33.图4是本发明实施例一中，图1和图2中a部、b部和e部的局部放大图；
34.图5是本发明实施例一中，外螺纹的局部放大图；
35.图6是本发明实施例一中，图1中d部的局部放大图；
36.图7是本发明实施例一中，图1中c部的局部放大图；
37.图8是本发明实施例三中，膨胀管的结构示意图。
38.以上附图中，由于膨胀管为轴向对称的，因此，附图只示意出轴线一侧的部分。
具体实施方式
39.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
40.实施例一
41.本发明实施例提出了一种用于膨胀管的螺纹连接结构，结合图1和图2所示，包括第一膨胀管1、第二膨胀管2和保护套3，所述第一膨胀管1与所述第二膨胀管2通过螺纹连接，其中：
42.所述第一膨胀管1包括第一螺纹部11、第一密封面12和镗孔13，所述第一螺纹部11设置于所述第一膨胀管1与所述第二膨胀管2连接的一端，所述第一螺纹部11设置有内螺纹111，所述内螺纹111为锥螺纹，所述内螺纹111端部的公称直径比根部的公称直径大，所述内螺纹111的根部设置有沿轴向的第一密封面12，所述内螺纹111的端部设置有沿轴向的镗孔13。所述的第一密封面12为圆柱面。
43.所述第二膨胀管2包括第二螺纹部21、第二密封面22和第三密封面23，所述第二螺纹部21设置有外螺纹211，所述外螺纹211设置于所述第二膨胀管2与所述第一膨胀管1连接的一端，且所述外螺纹211与所述内螺纹111相匹配，所述外螺纹211的端部设置有第二密封面22，所述外螺纹211的根部设置有第三密封面23，所述第二密封面22嵌入所述第一密封面12中，所述第三密封面23嵌入所述镗孔13中。所述的第二密封面22和第三密封面23为圆柱面。
44.所述保护套3外套于所述第一膨胀管1上，以使得所述内螺纹111与所述外螺纹211连接时，所述保护套3至少覆盖所述内螺纹111和所述外螺纹211。
45.本发明实施例公开了一种用于膨胀管的螺纹连接结构，包括第一膨胀管1、第二膨胀管2和保护套3，所述第一膨胀管1包括第一螺纹部11、第一密封面12和镗孔13，所述第一螺纹部11设置有内螺纹111，所述第二膨胀管2包括第二螺纹部21、第二密封面22和第三密封面23，所述第二螺纹部21设置有外螺纹211，所述外螺纹211与所述内螺纹111相匹配，所述第二密封面22嵌入所述第一密封面12中，所述第三密封面23嵌入所述镗孔13中，承担了
部分径向力，避免螺纹受损，从而保障膨胀前后外螺纹211与所述内螺纹111具有较好的连接强度；所述保护套3外套于所述第一膨胀管1上，以使得所述内螺纹111与所述外螺纹211连接时，所述保护套3至少覆盖所述内螺纹111和所述外螺纹211，保护套3可防止在入井过程中对内螺纹111和外螺纹211造成的刮伤，并且在膨胀后也可起到一定的密封作用。
46.在一些实施例中，所述第二密封面22与所述第一密封面12之间为间隙配合，所述第三密封面23与所述镗孔13之间为间隙配合。间隙配合使得第一膨胀管1与第二膨胀管2之间有一定的间隙，使得第一膨胀管1与第二膨胀管2膨胀后，所述第二密封面22与所述第一密封面12仍然保持嵌套连接，所述第三密封面23与所述镗孔13仍然保持嵌套连接，保障膨胀后螺纹连接的连接强度。
47.在一些实施例中，结合图1、图6和图7所示，所述第一密封面12在远离内螺纹111的一端设置有截面呈锥形的环形锥槽121，所述第二密封面22远离所述外螺纹211的一端221截面形状与所述环形锥槽121相匹配。外螺纹211与内螺纹111连接在一起时，所述第二密封面22远离所述外螺纹211的一端221插入到所述环形锥槽121中，可有效地防止膨胀时内螺纹111与外螺纹211的脱离，增加螺纹连接的连接强度。
48.在一些实施例中，结合图2和图3所示，所述保护套3包括本体31和凸台32，所述本体31为圆筒状，所述凸台32设置于所述本体31的一端内部且朝向所述本体31径向，所述凸台32抵靠所述第三密封面23。所述凸台32抵靠所述第三密封面23，起限位作用，避免内螺纹111与外螺纹211连接时拧到没有螺纹的位置导致螺纹损坏，提高装置的可靠性。保护套3可防止在入井过程中对内螺纹111和外螺纹211造成的刮伤，并且在膨胀变形后也可起到一定的密封作用。
49.在一些实施例中，如图2所示，所述镗孔13远离所述内螺纹111的一端面到所述第三密封面23远离所述外螺纹211的一端面的距离等于所述凸台32的轴向长度。这种设置，使得外螺纹211与内螺纹111全螺纹连接好时，凸台32正好塞满镗孔13远离所述内螺纹111的一端面到所述第三密封面23远离所述外螺纹211的一端面的间隙，可以避免内螺纹111与外螺纹211连接时拧到没有螺纹的位置。
50.在一些实施例中，结合图1、图2和图4所示，所述第二密封面22上设置有凸起部222，所述凸起部222的轴向截面外轮廓为圆弧状，所述第一密封面12上设置有与所述凸起部222匹配的凹陷部122。实际应用中，所述凸起部222与所述凹陷部122之间为过盈配合。本实施例中，所述凸起部222与所述凹陷部122通过过盈配合，既可以增加外螺纹211与内螺纹111连接的预紧力，也可以抵消一部分膨胀后外螺纹211和内螺纹111的缩颈，从而增加螺纹连接的连接强度和密封性能。
51.在一些实施例中，所述外螺纹211和所述内螺纹111均为左旋螺纹。逆时针旋转时旋入的螺纹，称为左旋螺纹。由于一般情况下，钻具旋转的时候都是顺时针旋转，带动钻具连接的膨胀管逆时针旋转，而左旋螺纹逆时针旋转时旋入，因此，第一膨胀管1或第二膨胀管2在逆时针旋转时，只会使得所述内螺纹111和所述外螺纹211连接更加紧，左旋螺纹可有效地防止入井过程中由于钻具需要旋转而可能导致的外螺纹211与内螺纹111的脱扣。
52.在一些实施例中，所述外螺纹211和所述内螺纹111为偏梯形螺纹，所述偏梯形螺纹包括齿顶面2111、齿根面2112、承载面2113和非承载面2114，所述齿顶面和所述齿根面与螺纹中径线2115平行，所述螺纹中径线2115的锥度设置在1:12～1:32之间。具体的，以外螺
纹211举例说明，如图5所示，所述偏梯形螺纹包括齿顶面2111、齿根面2112、承载面2113和非承载面2114，所述齿顶面和所述齿根面与螺纹中径线2115平行，所述螺纹中径线2115的锥度设置在1:12～1:32之间，螺纹中径线2115的锥度可以根据膨胀管的外径(d)与膨胀管的壁厚(t)的比值进行设置，当d/t较大时应设置较大锥度的螺纹中径线2115，当d/t较小时应设置较小锥度的螺纹中径线2115。可以根据不同壁厚的第一膨胀管1和第二膨胀管2，选择对应锥度的螺纹，适用范围更广。
53.在进一步的实施例中，如图5所示，所述承载面到所述第一膨胀管1轴线的垂直面的夹角α为负角度，α的值不大于15度。具体的，本实施例以第二膨胀管2举例，夹角α的值可以根据第二膨胀管2的膨胀率(第二膨胀管2膨胀后与膨胀前同一截面上内径之差除以膨胀前该截面上内径)进行设置，α的值一般应设置为不大于15
°
，当膨胀率较大时应设置较大的角度值，当膨胀率较小时应设置较小的角度值。
54.在一些实施例中，如图1所示，所述用于膨胀管的螺纹连接结构还包括第一密封圈4和第二密封圈5，所述第三密封面23上设置有第三环形槽231，用于放置所述第一密封圈4；所述第一密封面12上设置有第四环形槽123，用于放置所述第二密封圈5。所述第一密封圈4和所述第二密封圈5对所述内螺纹111和所述外螺纹211的连接位置的两端进行密封，从而提高螺纹连接结构的密封性。所述第一密封圈4和所述第二密封圈5的材质可选用氟橡胶或全氟醚橡胶，使得螺纹连接结构在井下恶劣的高温环境下保持良好的密封性能。当然，所述第一密封圈4和所述第二密封圈5还可以使用其他材质，只要能保证所述内螺纹111和所述外螺纹211的连接位置的两端的密封即可。
55.实施例二
56.本发明实施例提出了一种实施例一所述的用于膨胀管的螺纹连接结构在膨胀管中的应用。
57.本发明实施例提出的一种用于膨胀管的螺纹连接结构在膨胀管中的应用，所述外螺纹与所述内螺纹相匹配，所述第二密封面嵌入所述第一密封面中，所述第三密封面嵌入所述镗孔中，承担了部分径向力，避免螺纹受损，从而保障膨胀前后外螺纹与所述内螺纹具有较好的连接强度；所述保护套外套于所述第一膨胀管上，以使得所述内螺纹与所述外螺纹接时，所述保护套至少覆盖所述内螺纹和所述外螺纹，保护套可防止在入井过程中对内螺纹和外螺纹造成的刮伤，并且在膨胀后也可起到一定的密封作用。
58.实施例三
59.本发明实施例提出了一种膨胀管，如图8所示，包括膨胀管本体100，以及分别设置于所述膨胀管本体100两端的第一连接部200和第二连接部300，所述第一连接部200包括第一螺纹部11、第一密封面12和镗孔13，所述第二连接部300包括第二螺纹部21、第二密封面22和第三密封面23，其中：
60.所述第二密封面22和所述镗孔13设置于所述膨胀管本体100的两端。
61.所述第一螺纹部11设置有内螺纹111，所述内螺纹111为锥螺纹，所述内螺纹111端部的公称直径比根部的公称直径大。
62.所述第一密封面12沿轴向设置于所述内螺纹111的根部。
63.所述镗孔13沿轴向设置于所述内螺纹111的端部。
64.所述第二螺纹部21设置有外螺纹211，所述外螺纹211适于与所述内螺纹111相匹
配。
65.所述第二密封面22设置于所述外螺纹211的端部，所述第二密封面22适于嵌入所述第一密封面12。
66.所述第三密封面23设置于所述外螺纹211的根部，所述第三密封面23适于嵌入所述镗孔13。
67.本发明实施例提出了一种膨胀管，使用时，一根膨胀管的外螺纹211与另一根膨胀管的内螺纹111相连接，一根膨胀管的所述第二密封面22嵌入另一根膨胀管的所述第一密封面12中，一根膨胀管的所述第三密封面23嵌入另一根膨胀管的所述镗孔13中，承担了部分径向力，避免螺纹受损，从而保障膨胀前后外螺纹211与所述内螺纹111具有较好的连接强度；另外，该膨胀管可以便于相互之间的连接，各膨胀管之间可以互换，零件的通用性较高，连接也十分简单。
68.在一些实施例中，所述第一密封面12在远离内螺纹111的一端设置有截面呈锥形的环形锥槽121，所述第二密封面22远离所述外螺纹211的一端截面形状与所述环形锥槽121相匹配。具体的，当一根膨胀管与另一根膨胀管连接时，可参照实施例一中的图1、图6和图7所示，外螺纹211与内螺纹111连接在一起时，所述第二密封面22远离所述外螺纹211的一端221插入到所述环形锥槽121中，可有效地防止膨胀时内螺纹111与外螺纹211的脱离，增加螺纹连接的连接强度。
69.在一些实施例中，所述第二密封面22上设置有截面外轮廓为圆弧状的凸起部222，所述第一密封面12上设置有与所述凸起部222匹配的凹陷部122。实际应用中，所述凸起部222与所述凹陷部122之间为过盈配合。具体的，当一根膨胀管与另一根膨胀管连接时，可参照实施例一中的图1、图2和图4所示，所述第二密封面22上设置有凸起部222，所述凸起部222的轴向截面外轮廓为圆弧状，所述第一密封面12上设置有与所述凸起部222匹配的凹陷部122。实际应用中，所述凸起部222与所述凹陷部122之间为过盈配合。本实施例中，所述凸起部222与所述凹陷部122通过过盈配合，既可以增加外螺纹211与内螺纹111连接的预紧力，也可以抵消一部分膨胀后外螺纹211和内螺纹111的缩颈，从而增加螺纹连接的连接强度和密封性能。
70.在一些实施例中，所述外螺纹211和所述内螺纹111均为左旋螺纹。逆时针旋转时旋入的螺纹，称为左旋螺纹。由于一般情况下，轴类设备旋转的时候都是逆时针旋转，因此，当一根膨胀管的内螺纹111与另一根膨胀管的外螺纹211连接时，若膨胀管需要逆时针旋转，只会使得所述内螺纹111和所述外螺纹211连接更加紧，左旋螺纹可有效地防止入井过程中由于需要旋转而可能导致的外螺纹211与内螺纹111的脱扣。
71.在一些实施例中，所述外螺纹211和所述内螺纹111为偏梯形螺纹，所述偏梯形螺纹包括齿顶面、齿根面、承载面和非承载面，所述齿顶面和所述齿根面与螺纹中径线平行，所述螺纹中径线的锥度设置在1:12～1:32之间。具体的，以外螺纹211举例说明，参照实施例一中的图5所示，所述偏梯形螺纹包括齿顶面2111、齿根面2112、承载面2113和非承载面2114，所述齿顶面和所述齿根面与螺纹中径线2115平行，所述螺纹中径线2115的锥度设置在1:12～1:32之间，螺纹中径线2115的锥度可以根据膨胀管的外径(d)与膨胀管的壁厚(t)的比值进行设置，当d/t较大时应设置较大锥度的螺纹中径线2115，当d/t较小时应设置较小锥度的螺纹中径线2115。可以根据不同壁厚的第一膨胀管1和第二膨胀管2，选择对应锥
度的螺纹，适用范围更广。
72.在进一步的实施例中，所述承载面到所述第一膨胀管轴线的垂直面的夹角α为负角度，α的值不大于15度。具体的，参照实施例一中的图5所示，本实施例以第二膨胀管举例，夹角α的值可以根据第二膨胀管的膨胀率(第二膨胀管膨胀后与膨胀前同一截面上内径之差除以膨胀前该截面上内径)进行设置，α的值一般应设置为不大于15
°
，当膨胀率较大时应设置较大的角度值，当膨胀率较小时应设置较小的角度值。
73.在一些实施例中，所述膨胀管还包括第三环形槽231和第四环形槽123，所述第三密封面23上设置有第三环形槽231，所述第一密封面12上设置有第四环形槽123。具体的，参照实施例一中的图2所示，当一根膨胀管与另一根膨胀管连接时，使用第一密封圈4和第二密封圈5对所述内螺纹111和所述外螺纹211的连接位置的两端进行密封，第一密封圈4放置于第三环形槽231中，第二密封圈5放置于第四环形槽123中，从而提高螺纹连接结构的密封性。所述第一密封圈4和所述第二密封圈5的材质可选用氟橡胶或全氟醚橡胶，使得螺纹连接结构在井下恶劣的高温环境下保持良好的密封性能。当然，所述第一密封圈4和所述第二密封圈5还可以使用其他材质，只要能保证所述内螺纹111和所述外螺纹211的连接位置的两端的密封即可。
74.在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
75.上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。