專利名稱：連接兩管子的整體接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種兩個(gè)管子的整體接頭。
具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用作鉆孔套管的管子的整體式接頭系統(tǒng)。
在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)“套管”，指一種管狀結(jié)構(gòu)，由通過(guò)一個(gè)機(jī)械接頭裝配在一起的管子的各部分組成，其安裝在用于生產(chǎn)油氣的鉆井內(nèi)，作為鉆井自身的壁的加固和支撐件。
眾所周知，石油工業(yè)趨向于減小生產(chǎn)鉆井的直徑，從而降低鉆孔的成本。然而為達(dá)到這種效果，連接管子各部分獲得套管的連接必須具有基本上與管子本身完全相同的幾何形狀，即，具有相同的內(nèi)徑和外徑。
整體式連接或接頭，例如，外平接頭和接近外平的接頭(near-flushjoint)，已用于所述目的，其外徑與將要裝配的管子的外徑相等(外平接頭)或直徑比將要裝配的管子的外徑稍微大點(diǎn)(2-3.5％)(接近外平的接頭)。
然而，這些接頭的缺點(diǎn)是其機(jī)械連接性能，例如，伸長(zhǎng)，壓縮，扭轉(zhuǎn)，和彎曲強(qiáng)度比管子自身的對(duì)應(yīng)性能低得多。特別地，外平接頭或接近外平的接頭的拉伸強(qiáng)度相對(duì)于管子主體，根據(jù)管子直徑和厚度，在65％到75％的范圍內(nèi)變化。通常管子的壓縮、彎曲和抗扭強(qiáng)度的一些甚至更低。
這些機(jī)械性能的降低限制了這些連接/接頭應(yīng)用于一定深度的鉆井，這種鉆井具有不同的壓力，并且當(dāng)管子插入鉆孔內(nèi)時(shí)，不要求旋轉(zhuǎn)(例如在尾套管表面硬化(Liner cementation)的情況下要求這樣)。
上述類(lèi)型的整體式的接近外平接頭包含適合提高機(jī)械性能的改進(jìn)，并且在以克服這些缺點(diǎn)為目的的文獻(xiàn)中已提到過(guò)。例如，已公開(kāi)的國(guó)際專利申請(qǐng)WO.93/18329描述了一種整體接頭，在裝配的管子的每一端上機(jī)加工，其由兩個(gè)元件，公元件和母元件構(gòu)成。每個(gè)元件至少包含兩個(gè)螺紋段，所述螺紋段通過(guò)一個(gè)當(dāng)裝配管子時(shí)適合于彼此配合的連接臺(tái)肩彼此分開(kāi)。
已公開(kāi)的歐洲專利申請(qǐng)767,335描述了一個(gè)用于管子的整體接頭，在要裝配的管子的每一端機(jī)加工；所述接頭由兩個(gè)螺紋元件，公元件和母元件構(gòu)成；并有一個(gè)圓錐形縱向部分。螺紋在中間位置通過(guò)與管子軸線正交的的臺(tái)肩中斷。
為提高接頭的密封效果，通過(guò)機(jī)械加工去除了公元件的螺紋的初始部分和母元件的螺紋的末端部分，當(dāng)連接時(shí)，兩個(gè)表面彼此接觸，結(jié)果所述表面彈性變形。
上述的連接，盡管提高了外平類(lèi)型接頭的機(jī)械性能，但是，仍不能完全保證適合于深井。
因此本申請(qǐng)人發(fā)明了一種接近外平的整體接頭，其特征在于在壓縮和抗扭強(qiáng)度方面有顯著改進(jìn)。這種改進(jìn)通過(guò)接頭的公元件和母元件的端部的獨(dú)特設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)，如下文所述，可以對(duì)至少兩臺(tái)肩(外邊和中間的)機(jī)加工，從而將壓縮強(qiáng)度增加到接近拉伸和抗扭強(qiáng)度的水平，它的最大值大約是接頭設(shè)計(jì)扭距的2.5倍。
另外，兩金屬密封(內(nèi)部的和外部的)及臺(tái)肩和特定的兩級(jí)螺紋輪廓的存在，允許連接/接頭對(duì)綜合載荷有良好的抗力，使它在鉆井里可以承受極端的加壓，拉伸，壓縮，彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，使連接本身非常適合于傾斜的或水平的，高壓和高溫鉆井。
本發(fā)明的目的涉及一種用于連接兩管子的整體接頭，包括a)一個(gè)有圓錐形縱向部分的第一母元件，該部分在第一管子的一端加工出了兩級(jí)內(nèi)螺紋；b)一個(gè)第二公元件，在第二管子的一端加工了兩級(jí)外螺紋，并有一個(gè)圓錐形縱向部分適合于配合在母元件內(nèi)；c)一個(gè)臺(tái)肩，與管子軸線正交，其位于公元件上沿著螺紋的一半距離處；d)一個(gè)臺(tái)肩，與管子軸線正交，位于沿著母元件螺紋的一半距離處，用于連接時(shí)與公元件的臺(tái)肩相配合；e)分別在母元件的起始部分和末端部分加工出的兩個(gè)插入部，用于與在公元件的起始部分和末端部分加工出的擴(kuò)張部過(guò)盈配合；其特征在于f)在公元件的擴(kuò)張部和螺紋的起始端之間，有一個(gè)環(huán)形狹槽，其深度(允許螺紋加工)由相應(yīng)的臺(tái)肩復(fù)原，所述臺(tái)肩的厚度與在螺紋末端的上述狹槽的深度基本相等；g)在母元件的初始插入部和相應(yīng)螺紋的起始端之間，有另外一個(gè)環(huán)形狹槽，與第一個(gè)類(lèi)似，其深度(允許加工螺紋)由可能的對(duì)應(yīng)臺(tái)肩復(fù)原，或者隱沒(méi)在螺紋末端的插入部中。
根據(jù)本發(fā)明，能獲得一個(gè)整體接頭，其具有至少兩臺(tái)肩，所述臺(tái)肩的外徑比與接頭本身的外徑稍微增加一點(diǎn)(2-3％)，所述接頭的幾何形狀與相連接管子的幾何形狀相同。事實(shí)上，狹槽的長(zhǎng)度范圍為1到2cm和高度范圍為2-4mm，由于兩個(gè)狹槽的存在，根據(jù)管子的直徑和厚度，螺紋從低厚度的管子部分開(kāi)始；這樣，在螺紋末端，狹槽自身的深度可通過(guò)臺(tái)肩復(fù)原。以此種方式，在接頭的末端至少可以獲得一個(gè)額外的臺(tái)肩，不需要增加要連接的管子的末端部分的厚度。
本發(fā)明兩管子的整體接頭的目的可通過(guò)標(biāo)著數(shù)字的附圖更容易理解，所述附圖表示本發(fā)明不受限制的實(shí)施例，其中

圖1和2分別表示在未連接/連接位置，帶三個(gè)臺(tái)肩的接頭的公元件和母元件沿著X-X軸的半個(gè)縱向截面；圖5和6分別表示在未連接/連接位置，一個(gè)帶兩個(gè)臺(tái)肩的接頭的公元件和母元件沿著X-X軸的半個(gè)縱向截面；圖4和7分別表示一個(gè)帶公元件和母元件的接頭的整個(gè)截面。特別地，該圖表示了有臺(tái)肩/金屬密封的三個(gè)細(xì)節(jié)4A，4B，4C和7A，7B，7C的接頭的縱向截面。圖4表示帶三個(gè)臺(tái)肩設(shè)計(jì)(一個(gè)里面，一個(gè)中間，一個(gè)外面)的接頭；圖7表示只帶兩個(gè)臺(tái)肩(一個(gè)外面和一個(gè)里面)的接頭。
圖3表示沿著X-X軸，螺紋輪廓的部分視圖，從中可以看出優(yōu)選的設(shè)計(jì)包括一個(gè)負(fù)的裝載角和一個(gè)正的入口角。
參照附圖，標(biāo)號(hào)1表示母管子3的中空末端部，在該端部設(shè)有內(nèi)螺紋2，而標(biāo)號(hào)4表示公管子5的相應(yīng)中空末端部，在該端部設(shè)有外螺紋6。
管子的公元件和母元件有一個(gè)圓錐形的縱向部分，根據(jù)管的直徑和厚度，圓錐區(qū)域在8％到16％的范圍內(nèi)變化。
對(duì)應(yīng)于螺紋2和6的一半，有一個(gè)與管子的軸線正交的臺(tái)肩7，如圖B所示。本發(fā)明整體式接頭的端部分別在圖4A/7A和4C/7C中表示。
在本發(fā)明接頭的公元件的端部具有外擴(kuò)張部8和9，與在母元件端部機(jī)加工的內(nèi)插入部10和11過(guò)盈配合，形成兩個(gè)金屬對(duì)金屬的內(nèi)、外密封，這樣保證在任何操作狀態(tài)下，接頭的完全密封。在公元件的初始擴(kuò)張部8和螺紋6的開(kāi)始端之間，有一個(gè)狹槽12，其深度通過(guò)與外擴(kuò)張部9正交的臺(tái)肩13在螺紋的末端復(fù)原。在母元件初始插入部11和螺紋2的開(kāi)始端之間有一個(gè)狹槽14，其深度通過(guò)與插入部10基本正交的臺(tái)肩15在螺紋的末端復(fù)原(見(jiàn)圖4C)。在可選擇的解決辦法中，不存在這種臺(tái)肩(圖7)，其已經(jīng)消失在了插入部10中。
為了單純的描述目的，根據(jù)本發(fā)明的接頭的機(jī)械特性，如以前在圖1，2，和圖4中所述，將在下文描述；相應(yīng)管子的直徑為195.58mm，厚度為15.11mm。里面和外面的臺(tái)肩的高度大約為2mm，中間臺(tái)肩的高度大約為1.5mm。
三個(gè)臺(tái)肩的總面積大約3500mm2，管子主體的橫截面積大約為8600mm2，接頭的橫截面積大約為6900mm2。這樣接頭的拉伸率大約等于管子主體屈服強(qiáng)度的80％(拉伸率％＝6900/8600×100＝80％)。
考慮到三個(gè)臺(tái)肩的面積，壓縮率是拉伸率的50％(壓縮率％＝3500/6900×100＝50％)。考慮到螺紋的作用(估計(jì)大約30％)，因此可以說(shuō)，接頭的壓縮率與拉伸率相等(大約80％)。
權(quán)利要求
1.用于連接兩根管子的一整體接頭，包括a)一個(gè)帶有圓錐形縱向部分的第一母元件，它在第一管子的一端加工有兩級(jí)內(nèi)螺紋；b)一個(gè)帶有圓錐形縱向部分的第二公元件，它在第二管子的一端加工有兩級(jí)外螺紋，用于配合在母元件內(nèi)；c)一個(gè)臺(tái)肩，與管子軸線正交，并且在沿著螺紋的一半距離處位于公元件上面；d)一個(gè)臺(tái)肩，與管子軸線正交，位于沿著母元件的螺紋的一半距離處，用于連接時(shí)與公元件的臺(tái)肩相配合；e)分別在母元件的起始部分和末端部分加工出的兩個(gè)插入部，用于與在公元件的起始部分和末端部分加工出的相應(yīng)擴(kuò)張部過(guò)盈配合；其特征在于f)在公元件的擴(kuò)張部和螺紋的開(kāi)始端之間，有一個(gè)環(huán)形狹槽，其深度(允許加工螺紋)由在螺紋末端、基本上與所述狹槽的厚度基本相等的相應(yīng)臺(tái)肩復(fù)原；g)在母元件的初始插入部和相應(yīng)螺紋的開(kāi)始端之間，有另一環(huán)形狹槽，類(lèi)似于第一個(gè)，其深度(允許加工螺紋)由螺紋末端可能的相應(yīng)臺(tái)肩復(fù)原或隱沒(méi)在螺紋末端的插入部?jī)?nèi)。
全文摘要
兩根管子的整體接頭,包括:一個(gè)第一母元件,在第一管子的一端設(shè)置了兩級(jí)內(nèi)螺紋;還有一個(gè)第二公元件,在第二管子的一端設(shè)置了兩級(jí)外螺紋;以及在兩端的金屬對(duì)金屬密封,至少分別在接頭的一端和中心設(shè)置了兩個(gè)臺(tái)肩。
文檔編號(hào)E21B17/042GK1265445SQ0010226
公開(kāi)日2000年9月6日 申請(qǐng)日期2000年2月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月19日
發(fā)明者塞爾焦·切魯?shù)?申請(qǐng)人:艾尼股份公司