專利名稱：螺紋連接件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于管狀部件的緊密連接件的領(lǐng)域，所述連接件尤其是用于油氣井的鉆探或操作。在鉆探或操作期間，所述連接件經(jīng)受大的壓縮和拉伸應(yīng)力，并且一定不能分開。
背景技術(shù)：
這種連接件經(jīng)受軸向拉伸或壓縮應(yīng)力、內(nèi)部或外部流體壓應(yīng)力、彎曲或甚至扭轉(zhuǎn) 應(yīng)力，這些應(yīng)力可能為組合的且具有可能波動的強度。無論壓力和現(xiàn)場惡劣的使用條件如何，均必須維持緊密性。螺紋連接件必須能夠上緊和卸開若干次而不降低它們的性能(特別是由于磨損)。在卸開之后，管狀部件可以在其他服務(wù)條件下再使用。在張緊時，稱為跳接(jump-out)的現(xiàn)象可能發(fā)生，并且可能從一個螺紋傳播到另一螺紋，從而引起連接件分開的風(fēng)險。該現(xiàn)象由高的內(nèi)部壓力促進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了在拉伸性能方面改進的連接件以用于油氣井的開采或操作。所述螺紋連接件包括第一和第二管狀部件。所述第一部件包括陽端部，所述陽端部包括設(shè)置在其外周面上的螺紋區(qū)。所述第二部件包括陰端部，所述陰端部包括設(shè)置在其內(nèi)周面上的螺紋區(qū)。所述陽端部的所述螺紋區(qū)上緊到所述陰端部的所述螺紋區(qū)內(nèi)。所述螺紋區(qū)包括相應(yīng)的陽螺紋和陰螺紋。所述螺紋包括牙底、牙頂、插入牙側(cè)和承載牙側(cè)。溝槽與所述牙底相鄰地設(shè)置在所述陰端部和/或相應(yīng)陽端部的所述螺紋區(qū)的所述承載牙側(cè)中。與所述牙頂相鄰地設(shè)有從所述陽端部和/或相應(yīng)陰端部的所述螺紋區(qū)的所述承載牙側(cè)軸向伸出的突起部。所述突起部包括凸起表面和凹入表面。所述突起部被容置在所述溝槽中，其中在連接狀態(tài)下，在所述凹入表面與所述溝槽之間存在徑向間隙。在連接狀態(tài)下在所述突起部的端部與所述溝槽的底部之間存在軸向間隙?？梢允顾鲫柖瞬亢?或所述陰端部的遠端表面軸向抵靠接觸對應(yīng)的抵接表面。所述突起部可以是螺旋連續(xù)或不連續(xù)的。所述螺紋可以具有恒定的軸向尺寸。在連接狀態(tài)下，在所述陽螺紋與所述陰螺紋的所述插入牙側(cè)之間可以存在軸向間隙。所述插入牙側(cè)之間的軸向間隙在連接狀態(tài)下可以在0. 05_至Imm的范圍內(nèi)。所述突起部的所述端部與所述溝槽的所述底部之間的軸向間隙在連接狀態(tài)下可以在0. Ollmm至2_的范圍內(nèi)。所述突起部的所述凹入表面與所述溝槽之間的徑向間隙在連接狀態(tài)下可以在0. 005mm至2mm的范圍內(nèi)。所述螺紋的軸向尺寸可以改變。所述陰端部的所述螺紋區(qū)的所述牙頂與所述陽端部的所述螺紋區(qū)的所述牙底之間的徑向間隙和/或所述陽端部的所述螺紋區(qū)的所述牙頂與所述陰端部的所述螺紋區(qū)的所述牙底之間的徑向間隙在連接狀態(tài)下可以在0. 05mm至0. 5mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地小于0. 2_。徑向干涉可以設(shè)置在所述陰端部的所述螺紋區(qū)的所述牙頂與所述陽端部的所述螺紋區(qū)的所述牙底之間，或者設(shè)置在所述陽端部的所述螺紋區(qū)的所述牙頂與所述陰端部的所述螺紋區(qū)的所述牙底之間。所述插入牙側(cè)之間的軸向間隙在連接狀態(tài)下可以在0. 05_至2_的范圍內(nèi)。所述突起部的大直徑軸向表面可以與所述陽端部的所述螺紋區(qū)的所述牙頂對齊。所述陽端部的所述螺紋區(qū)的所述牙頂可以為基本軸向或錐形的。所述陽端部的所述螺紋區(qū)的所述牙底可以為基本軸向或錐形的。所述陰端部的所述螺紋區(qū)的所述牙頂可以為基本軸向或錐形的。所述陰端部的所述螺紋區(qū)的所述牙底可以為基本軸向或錐形的。所述陰端部的所述螺紋區(qū)的所述插入牙側(cè)可以包括成范圍為10°至35°、優(yōu)選 地范圍為15°至25°的角度的正傾斜直線部分。所述陽端部的所述螺紋區(qū)的所述插入牙側(cè)可以包括成范圍為10°至35°、優(yōu)選地范圍為15°至25°的角度的正傾斜直線部分。所述陽端部和所述陰端部的所述螺紋區(qū)的所述承載牙側(cè)可以包括成范圍為3°至15°、優(yōu)選地范圍為3°至5°的角度的負傾斜直線部分。所述突起部的軸向長度可以在0. Imm至Imm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在0. 2mm至0. 4mm的范圍內(nèi)。所述突起部的軸向長度可以在所述突起部的徑向高度的50%至150%的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在80%至120%的范圍內(nèi)。所述突起部的徑向高度可以在0. Imm至I. 5mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在0. 2mm至0. 5mm的范圍內(nèi)。所述突起部的徑向高度可以在所述螺紋的徑向高度的5%至45%的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在10%至30%的范圍內(nèi)。所述突起部的所述端部可以為基本徑向的。所述螺紋的直徑可以改變。所述管狀部件的外徑可以大于250mm，優(yōu)選地大于350mm。所述管狀部件可以為套管?？梢允顾鲫柖瞬亢?或所述陰端部的所述遠端表面軸向抵靠接觸對應(yīng)的抵接表面。所述陽端部和所述陰端部可以各包括密封表面，所述密封表面能夠通過緊固為金屬/金屬密封而彼此協(xié)作。術(shù)語“旋擰”意為使用螺紋區(qū)的相互嚙合使一個部件相對于另一部件相對旋轉(zhuǎn)和平移的操作。術(shù)語“連接”或“上緊”意為下述操作其后繼于旋擰，使相對旋轉(zhuǎn)和平移繼續(xù)，導(dǎo)致兩個部件之間的給定的上緊扭矩。這是連接狀態(tài)。牙側(cè)的角度沿順時針方向相對于徑向平面(該徑向平面在與牙底相連的圓角半徑的高度處穿過牙側(cè)的基部)進行測量。


從下面的詳細描述和附圖，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將變得明顯，其中 圖I以縱向截面圖示了第一螺紋連接件； 圖2以縱向截面圖示了第二螺紋連接件； 圖3至圖5以縱向截面半視示了連接件的螺紋區(qū)的示例；以及 圖6圖示了經(jīng)受高軸向負載的連接件。附圖不僅用于使本發(fā)明完整，而且若必要，可以有利于本發(fā)明的定義。
具體實施方式
為了改進連接件，申請人已經(jīng)開發(fā)了稱為高級連接件的優(yōu)良連接件，所述連接件超過API標準。作為一個選項，密封表面可以設(shè)置為與螺紋區(qū)相鄰，所述表面在部件旋擰時進行干涉接觸。在陽管狀部件和陰管狀部件中的每一個的端部處設(shè)有螺紋區(qū)。陰管狀部件可以為大長度管，或相反地，為短聯(lián)接件型管。對于高壓力下的流體(液體或氣體)的緊密性由此源自于使密封表面彼此徑向干涉接觸。徑向干涉的強度是陽螺紋區(qū)和陰螺紋區(qū)的相對軸向定位的函數(shù)，所述相對定位例如由分別設(shè)置在陽端部和陰端部上的抵接表面的接觸決定。由于相對定位源自于抵接部的接觸，因此抵接表面設(shè)置在連接件的內(nèi)表面上。在其外周緣上，陽端部包括通過密封表面延伸的螺紋區(qū)，密封表面本身通過終結(jié)在抵接表面中的終端部分延伸，該抵接表面相對于連接件的旋轉(zhuǎn)軸線徑向定向。在其內(nèi)周緣上，陰端部包括通過密封表面延伸的螺紋區(qū)，密封表面本身又通過終結(jié)在抵接表面中的終端部分延伸，該抵接表面相對于連接件的旋轉(zhuǎn)軸線徑向定向。連接件由此具有雙重抵接部。其他連接件具有在螺紋區(qū)的徑向外部或螺紋區(qū)的徑向內(nèi)部的單個抵接部。申請人:已經(jīng)特別關(guān)注直徑大于300mm，更具體地大于375mm的大直徑螺紋連接件。這種連接件偶爾經(jīng)受強的拉伸和壓縮載荷。由此，期望的是連接件在拉伸和壓縮作用下表現(xiàn)良好。當(dāng)拉伸載荷過大時，螺紋能夠通過脫離現(xiàn)象而彼此分離，脫離現(xiàn)象導(dǎo)致連接件的兩個部件分離。從技術(shù)和成本角度來說后果可能是特別惱人的。這在螺紋件具有圓錐母線時尤其如此；螺紋的跳接能夠?qū)е逻B接件完全分開。US-4 822 081描述了用于在石油勘探管中使用的陽連接件和陰連接件的螺紋件。螺紋為當(dāng)肩部和端表面剛接觸時利用牙側(cè)之間的接觸自鎖定的類型。抵接表面以不同的角度成錐形。螺紋也沿徑向方向自扣緊。這種自鎖定和自扣緊螺紋連接件必須需要很高的上緊扭矩，這對于大直徑管而言難以實現(xiàn)。由于螺紋件中的空體積很低，因此旋擰可能導(dǎo)致油脂在高壓力的作用下出來，這可能導(dǎo)致泄漏。由于工業(yè)公差而使抵接表面相對于螺紋的軸向位置不確定，這可能導(dǎo)致密封表面的較差定位以及由此產(chǎn)生的泄漏。由于在旋擰期間缺少有效抵接而使旋擰操作的結(jié)束幾乎不能通過確定扭矩的上限而被檢測。抵接在最后的上緊期間達到。過大的旋擰扭矩可能導(dǎo)致密封表面的塑性變形，這嚴重影響連接件的密封。文獻US-5 462 315描述了具有在螺紋的兩部分之間的中央密封件的管狀連接件。螺紋的承載牙側(cè)在上緊之后相互接觸。缺點與前述類型的缺點基本相同。文獻US 2002/27363,EP-I 046 179和EP-1 302 623設(shè)想螺紋牙側(cè)在上緊之后接觸。文獻JP 2002/081584公開了具有鉤協(xié)作的螺紋輪廓。這些鉤支承所有的拉伸載荷和徑向移位載荷，這可能由于重復(fù)的循環(huán)載荷而導(dǎo)致對螺紋的損壞。由于通過小的表面積傳遞拉伸載荷，因此拉伸載荷必須保持為低。插入牙側(cè)陡峭地傾斜，這對壓縮強度是有害的。由于在螺紋牙頂與牙谷之間的干涉，因此必需高的旋擰扭矩。申請人:已經(jīng)開發(fā)一種連接件，其大大減小了在低旋擰扭矩下獨立于螺紋的位置的 跳接風(fēng)險，這容許支承表面正確地定位并且具有用于油脂的足夠空間。螺紋具有可變的螺紋寬度。插入牙側(cè)之間的軸向間隙在連接狀態(tài)下，即在上緊之后存在，而且在螺紋牙底與牙頂之間存在徑向間隙。螺紋的承載牙側(cè)成負角。螺紋的插入牙側(cè)成正角。抵接部容許密封表面的正確定位。
如圖I中可見，螺紋管狀連接件I包括陰端部2和陽端部3。陰端部2和/或陽端部3可以屬于長度為幾米、例如約10米至15米長的管。一個端部、通常為陰端部可以構(gòu)成聯(lián)接件的端部，換言之，短長度管能夠?qū)⒏髟O(shè)有兩個陽端部的兩根大長度管連接在一起(螺紋聯(lián)接式T&C連接)。聯(lián)接件可以設(shè)有兩個陰端部。在變型中，大長度管可以設(shè)有一個陽端部和一個陰端部(一體式螺紋連接)。連接件I為工業(yè)化批量生產(chǎn)類型。連接件I可以用來構(gòu)成用于油氣井的套管柱和管柱、或用于相同井的修井立管或鉆桿管柱。管可以生產(chǎn)為不同類型的非合金鋼、低合金鋼或高合金鋼，或者甚至為鐵合金或有色合金，這些管基于它們的服務(wù)條件(例如機械應(yīng)力的水平、在管內(nèi)側(cè)或外側(cè)的流體的腐蝕性)等等而進行熱處理或冷加工。還可能的是使用涂有防護覆層(例如耐腐蝕合金或合成材料)的低耐腐蝕性鋼管。 螺紋陰端部2包括陰螺紋區(qū)4。陰螺紋區(qū)4為錐形，例如具有范圍為0.5°至5°，優(yōu)選地范圍為1°至3°的半角。陰螺紋區(qū)4設(shè)置在陰元件2的內(nèi)側(cè)上。陽端部3包括設(shè)置在所述陽端部3的外表面上的陽螺紋區(qū)5。陽螺紋區(qū)5與陰螺紋4適配。陽螺紋區(qū)5具有與陰螺紋區(qū)4的錐形基本等同的錐形。在關(guān)于螺紋區(qū)4和5與抵接表面7和8相反的側(cè)上，陽端部3包括與連接件的軸線20基本垂直的遠端表面6。術(shù)語“遠端表面”意為位于螺紋區(qū)(連續(xù)或不連續(xù))與元件(陽元件或陰元件)的自由端部之間的表面。遠端表面可以位于所述自由端部處。在該情況下，遠端表面6為終端。陽螺紋區(qū)5延伸為距終端表面6的距離足夠容納密封表面。在連接狀態(tài)下，終端表面6與陰端部2的任意可選的基本徑向表面特別是肩部分離開例如至少0. 1mm。陰端部2的遠端表面呈環(huán)表面的形式，在該情況下為基本徑向的。遠端表面形成能夠限制陰端部2與陽端部3之間的相對軸向運動的軸向抵接表面8。抵接表面8接觸陽端部3的肩部，該肩部也形成抵接表面7，在該情況下抵接表面7為基本徑向的。抵接表面8可以為徑向或相對于徑向平面傾斜達45°的角度。抵接表面8可以具有如在文獻EP-0488912中的錐形，如在文獻US-3 870 351或W0-2007/017082中的螺旋形，或如在文獻US-4611 838中的多級，具有如在文獻US-6 047 797中的突起，或者這些形狀的組合。請讀者參照這些文獻。在圖I中圖示的示例中，絕對角度小于1°。陰端部2和陽端部3的抵接表面7和8徑向地設(shè)置在連接件的外側(cè)上。抵接表面7和8設(shè)置在陰螺紋區(qū)4和陽螺紋區(qū)5與連接件I的外表面之間。在螺紋區(qū)4與抵接表面8之間，陰端部2包括基本錐形或圓筒形的無螺紋表面14，表面14與陽端部3的設(shè)置在螺紋區(qū)5與抵接表面7之間的基本錐形或圓筒形表面15徑向隔開。在表面14與15之間留出的空間可以用作當(dāng)油脂在旋擰時從螺紋區(qū)4與5之間排出時用于油脂的貯存部。這些表面14和15容許機加工嵌件的通過。在螺紋區(qū)4的與抵接表面8相反的側(cè)上，陰端部2包括凹槽10和回轉(zhuǎn)表面12。在圖I中，凹槽10呈使螺紋區(qū)4的螺紋牙底延伸的表面的形式。凹槽10有利于將機加工工具從螺紋區(qū)4移除。當(dāng)油脂在旋擰時從螺紋區(qū)4與5之間排出時，凹槽10可以作為用于油脂的貯存部。凹槽10可以具有與螺紋區(qū)4的螺紋牙底相同錐形的形狀?；剞D(zhuǎn)表面12使凹槽10沿與抵接表面8相反的方向延伸?；剞D(zhuǎn)表面12沿與抵接表面8相反的方向具有減小的直徑?；剞D(zhuǎn)表面12可以為錐形。在當(dāng)前情況下，回轉(zhuǎn)表面12在軸向平面的截面中以圓弧或橢圓弧成拱頂。圓弧或橢圓弧的半徑可以在8mm至25mm的范圍內(nèi)。除此以外，陰端部2包括基本圓筒形的回轉(zhuǎn)表面16陽端部3包括軸向延伸超出陽螺紋區(qū)5直到遠端終端表面6的唇部9。唇部9的外側(cè)包括使螺紋區(qū)5的螺紋牙底延伸的無螺紋表面11。無螺紋表面11可以具有與螺紋區(qū)5的螺紋牙底相同的錐形。與螺紋區(qū)5軸向相反地，唇部9在外部包括回轉(zhuǎn)表面13?；剞D(zhuǎn)表面13具有軸向長度，該軸向長度略小于回轉(zhuǎn)表面12的軸向長度?；剞D(zhuǎn)表面13的一部分和回轉(zhuǎn)表面12的一部分在圖中圖示的連接件I的連接位置中相互徑向干涉接觸。形成密封表面的回轉(zhuǎn)表面12和13能夠防止流體在連接件的內(nèi)側(cè)與外側(cè)之間運動。在其他實施例中，回轉(zhuǎn)表面13可以以圓弧或橢圓弧成拱頂和/或回轉(zhuǎn)表面12可以為錐形。回轉(zhuǎn)表面13在此為基本錐形。錐角可以在1°至45°，優(yōu)選地在3°至20°的范圍內(nèi)，例如6°?；剞D(zhuǎn)表面13的錐角可以大于螺紋區(qū)4和5的錐角。遠端表面6連接到回轉(zhuǎn)表面13的位于與螺紋區(qū)4相反側(cè)上的端部上。連接件包括由表面7和8形成的軸向抵接部，該軸向抵接部在連接狀態(tài)下確保由回轉(zhuǎn)表面12和13形成的密封區(qū)的精確定位。圖2的實施例類似于前述實施例，只是形成密封的回轉(zhuǎn)表面12為錐形，例如具有范圍為1°至30°的半角。形成密封的回轉(zhuǎn)表面13成錐形，具有范圍為1°至30°的半角。回轉(zhuǎn)表面13的半角小于回轉(zhuǎn)表面12的半角。以已知的方式，回轉(zhuǎn)表面12和13的繪圖給出為發(fā)生相互透過，以圖示徑向干涉。清楚地，回轉(zhuǎn)表面12和13在相互接觸區(qū)中略微變形?；剞D(zhuǎn)表面12在基本徑向肩部18之后軸向跟隨凹槽10。第二密封區(qū)軸向設(shè)置在抵接表面7、8與螺紋區(qū)4、5之間。無螺紋內(nèi)表面14具有在軸向截面中回轉(zhuǎn)的略微拱形的形式，例如圓弧或橢圓弧。陰端部2的內(nèi)表面14位于螺紋牙底40的延伸部中。陽端部3的外表面15位于螺紋牙頂50的延伸部中。外表面15為錐形，例如具有范圍為1°至45°的半角。內(nèi)表面14和外表面15布置為徑向干涉。陽端部3包括與抵接表面7相鄰的密封表面15和遠端于抵接表面7的密封表面13。在連接或上緊狀態(tài)下，密封表面13與密封表面12緊密接觸。密封表面15設(shè)置在陽螺紋區(qū)5與陽端部3的外表面3a之間。密封表面15在連接或上緊狀態(tài)下與密封表面14緊密接觸。陽端部3的唇部9包括在密封表面15與陽端部3的鉆孔3b之間延伸的基本徑向的終端表面6。鉆孔3b的直徑可以改變。這意味著提供剩余厚度用于更好的接觸壓力?；诠艿闹睆?，終端表面6可以具有范圍從0. 5mm至16mm的徑向尺寸，其中管直徑本身可以達到550mm，而優(yōu)選地大于250mm，更優(yōu)選地為350mm。在連接狀態(tài)下，終端表面6距陰端部2的任意基本徑向表面的距離為例如至少0. Imm0連接件包括軸向抵接部，該軸向抵接部在連接狀態(tài)下提供一方面由密封表面12和13形成而另一方面由密封表面14和15形成的兩個密封區(qū)的精確定位。如圖3中可見，陰螺紋區(qū)4包括螺紋40，其與牙頂相鄰的軸向長度小于與基部相鄰的軸向長度。陽螺紋區(qū)5包括螺紋50，其與牙頂相鄰的軸向長度大于與基部相鄰的軸向長度。一個螺紋的插入牙側(cè)的傾斜角沿順時針方向為正，該角度相對于與連接件的軸線垂直的徑向平面進行測量。螺紋的承載牙側(cè)的傾斜角沿順時針方向為負，該角度相對于與連接件的軸線垂直的徑向平面獲得。陰螺紋區(qū)4的插入牙側(cè)的傾斜角基本等于陽螺紋區(qū)5的插入牙側(cè)的傾斜角。陰螺紋區(qū)4的承載牙側(cè)的傾斜角基本等于陽螺紋區(qū)5的承載牙側(cè)的傾斜角。術(shù)語“牙側(cè)的傾角”意為所述牙側(cè)的錐形部分的傾角或在兩個曲率半徑之間的拐點處的切向傾角。螺紋40、50包括牙頂41、51，牙底42、52，承載牙側(cè)43、53以及插入牙側(cè)44、54。連接圓角設(shè)置在牙側(cè)與牙頂之間以及牙側(cè)與牙底之間。牙頂41、51的寬度和牙底42、52的寬度沿著管的軸線恒定。由于螺紋的錐形，因此牙頂41、51的直徑和牙底42、52的直徑可以作為對應(yīng)螺紋沿著管的軸線的位置的函數(shù)而進行變化。螺紋40、50的牙頂41、51和牙底42、52平行于螺紋連接件的軸線。這有利于機加工和在旋擰期間的嚙合。承載牙側(cè)43可以相對于徑向平面傾斜3°至15°，優(yōu)選地3°至5°。承載牙側(cè)44可以相對于徑向平面傾斜3°至15°，優(yōu)選地3°至5°。插入牙側(cè)44可以傾斜10°至35°，優(yōu)選地15°至25°。插入牙側(cè)54可以傾斜10°至35°。牙底42的長度可以在0. 5mm至3mm的范圍內(nèi)。牙底52的長度可以在0. 5mm至3mm的范圍內(nèi)。螺紋40和50具有 范圍為3至25的高度一導(dǎo)程比率。另外，溝槽或槽道45設(shè)置在螺紋40的承載牙側(cè)43的基部中。溝槽45在牙底42的延伸部中形成。溝槽45具有范圍為0. Ilmm至2mm的徑向尺寸。溝槽45具有范圍為0. Imm至I. 5mm的軸向尺寸。溝槽45具有大致螺旋形形狀。在軸向截面中，溝槽45包括基本徑向底部45a、大直徑邊緣45b和小直徑邊緣45c。小直徑邊緣45c為基本軸向或錐形的。大直徑45b為基本軸向的，優(yōu)選地具有與牙底42相同的直徑?？蛇x地，溝槽設(shè)置在螺紋50的承載牙側(cè)53的基部中，而突起部設(shè)置在螺紋40的承載牙側(cè)43的牙頂處。螺紋50的承載牙側(cè)53設(shè)有突起部55。突起部55在牙頂51的延伸部中形成。突起部55沿螺紋50的徑向尺寸具有范圍為0. Imm至I. 5mm的徑向尺寸。突起部55沿螺紋50的牙底52的軸向尺寸具有范圍為0. Imm至Imm的軸向尺寸。突起部55具有大致螺旋形形狀。在軸向截面中，突起部55包括基本徑向表面55a、大直徑邊緣55b和小直徑邊緣55c?；緩较虮砻?5a能夠形成突起部55的自由端部。大直徑邊緣55b為凸起的。小直徑邊緣55c為凹入的。小直徑邊緣45c為基本軸向的。大直徑邊緣55b為基本軸向的，優(yōu)選地具有與牙頂51相同的直徑。突起部55的截面面積可以在0. Olmm2至3mm2的范圍內(nèi)。突起部55具有約0. Imm至I. 5mm、優(yōu)選地范圍為0. 2mm至0. 5mm的徑向尺寸。突起部55具有約0. Imm至1mm、優(yōu)選地范圍為0. 2mm至0. 5mm的軸向尺寸。突起部55的徑向高度可以表述為螺紋的徑向高度的分數(shù)，例如在5%至45%的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在10%至30%的范圍內(nèi)。突起部55的軸向長度可以表述為其徑向高度的分數(shù)，例如在50%至150%的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在80%至120%的范圍內(nèi)。在連接狀態(tài)下(在上緊之后)，在小直徑邊緣45c與小直徑邊緣55c之間存在徑向間隙。所述徑向間隙可以在0. Imm至2mm的范圍內(nèi)。在連接狀態(tài)下(在上緊之后)，在陰螺紋區(qū)4的螺紋40的牙頂41與陽螺紋區(qū)5的螺紋50的牙底52之間存在徑向間隙。該徑向間隙為約0. 05_至0. 5_。在連接狀態(tài)下徑向間隙的選取可以通過油脂的期望體積和機加工公差來引導(dǎo)。當(dāng)機加工質(zhì)量為高時，0. 15mm或更小的間隙是期望的。在連接狀態(tài)下，在螺紋40的牙底42與螺紋50的牙頂51之間可以存在徑向間隙。該徑向間隙為約0. 05mm至0. 5mm。可選地,約0至Imm的干涉是可能的。在連接狀態(tài)下(在上緊之后)，在陰螺紋區(qū)4的螺紋40和陽螺紋區(qū)5的螺紋50的相應(yīng)的插入牙側(cè)44與54之間存在軸向間隙，其在圖3至圖5中可見。該軸向間隙為約
0.002_至1_。在連接狀態(tài)下軸向間隙的選取可以通過油脂的期望體積、牙側(cè)的角度和機加工公差來引導(dǎo)。當(dāng)執(zhí)行高質(zhì)量的機加工時，0.5_或更小的間隙是期望的。在上緊之后，承載牙側(cè)43和53承受干涉載荷。螺紋相互形成徑向保持鉤。連接圓角可以在0. 05mm至3mm的范圍內(nèi)。連接圓角減小了在承載牙側(cè)的根部處的應(yīng)力集中并且由此改進連接件的疲勞表現(xiàn)。在圖3的示例中，插入牙側(cè)44和54的角度等于25°。承載牙側(cè)43和53的角度等于3°。牙頂41與牙底52之間的徑向間隙等于0. 15mm。插入牙側(cè)44與54之間的軸向間隙為約0. 5mm。小直徑邊緣45c與小直徑邊緣55c之間的徑向間隙等于0. 1mm。突起部55的徑向尺寸等于0. 38mm。突起部55的軸向尺寸等于0. 35mm。在圖4和圖5的示例中，插入牙側(cè)44和54的角度范圍為15°至25°。承載牙側(cè)43和53的角度相等，范圍為3°至5°。牙頂41與牙底52之間的徑向間隙范圍為0.05mm至0. 15mm。插入牙側(cè)44與54之間的軸向間隙為約0. 5mm。小直徑邊緣45c與小直徑邊緣55c之間的徑向間隙等于0. 2mm。突起部55的徑向尺寸等于0. 35mm。突起部55的軸向尺寸等于0. 35mm.在圖5的示例中，溝槽45的小直徑邊緣45c為錐形的,優(yōu)選地成范圍為1°至30°的角度。突起部55的小直徑邊緣55c為錐形的，優(yōu)選地成范圍為10°至30°的角度。小直徑邊緣45c和55c的錐形可以等同。圖6示出了經(jīng)受高拉伸應(yīng)力的連接件。陰端部2具有向外變形的趨勢，當(dāng)接近與位于陰元件2的自由端部處的抵接表面8相鄰的表面14時，直徑的擴展更大。與陽螺紋56嚙合的最后的陰螺紋46經(jīng)受大的徑向變形。最后的陰螺紋46的溝槽45接觸陽螺紋56的突起部55并具有彈性或塑性變形。與陽螺紋57嚙合的倒數(shù)第二個陰螺紋47經(jīng)受較小的徑向變形。倒數(shù)第二個陰螺紋47的溝槽45接觸陽螺紋57的突起部55而具有輕微的彈性變形。與陽螺紋58嚙合的倒數(shù)第三個陰螺紋48經(jīng)受輕微的徑向分離，在倒數(shù)第三個陰螺紋48的溝槽45的小直徑邊緣45c與陽螺紋57的突起部55的小直徑邊緣55c之間保存徑向間隙。由此，從自由端部起的第三螺紋48能夠提供常規(guī)的機械功能。前兩個螺紋47和48減小了陰端部2在軸向張力的反作用下直徑的增大。前兩個螺紋47和48維持連接件的徑向一體性，從而防止了傳統(tǒng)連接件在軸向張力下將會發(fā)生的跳接。陰螺紋區(qū)4和陽螺紋區(qū)5可以構(gòu)成多頭螺紋，優(yōu)選地雙頭螺紋。這使旋擰更快。在變型中，插入牙側(cè)44和54可以具有約為0至一 5°的角度。
連接件特別適于構(gòu)成井的內(nèi)部套管。本發(fā)明并非限于以上僅作為示例進行描述的連接件和管的示例，而是包括能夠由本領(lǐng)域的技術(shù)人員在所附權(quán)利要求的背景下構(gòu)想出的任意變型。
權(quán)利要求
1.一種在油氣井的開采和操作中使用的螺紋連接件(1)，其特征在于，所述螺紋連接件(I)包括管狀的第一部件和第二部件，所述第一部件包括陽端部(3)，所述陽端部包括設(shè)置在其外周面上的螺紋區(qū)(5)，所述第二部件包括陰端部(2)，所述陰端部包括設(shè)置在其內(nèi)周面上的螺紋區(qū)(4)，所述陽端部的所述螺紋區(qū)(5)旋擰到所述陰端部的所述螺紋區(qū)(4)內(nèi)，所述螺紋區(qū)(4、5)包括相應(yīng)的陽螺紋和陰螺紋(40，50)，所述螺紋(40，50)包括牙底(42、52)、牙頂(41、51)、插入牙側(cè)(44、54)和承載牙側(cè)(43、53)，溝槽(45)與所述牙底(42)相鄰地設(shè)置在所述陰端部的所述螺紋區(qū)(40)的所述承載牙側(cè)中和/或陽端部的所述螺紋區(qū)的所述承載牙側(cè)中，并且與所述牙頂(51)相鄰地設(shè)有從所述陽端部的所述螺紋區(qū)(50)的所述承載牙側(cè)和/或從陰端部的所述螺紋區(qū)的所述承載牙側(cè)軸向伸出的突起部(55)，所述突起部(55)包括凸起表面(55b)和凹入表面(55c)，所述突起部(55)容置在所述溝槽(45 )中，其中在連接狀態(tài)下，在所述凹入表面與所述溝槽之間存在徑向間隙，而在所述突起部的端部與所述溝槽的底部之間存在軸向間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的螺紋連接件，其中，所述突起部是連續(xù)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的螺紋連接件，其中，所述突起部是不連續(xù)的。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的螺紋連接件，其中，在所述突起部(55)的所述端部與所述溝槽(45)的所述底部之間的軸向間隙在連接狀態(tài)下在0. Ollmm至2_的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的螺紋連接件，其中，在所述突起部(55)的所述凹入表面與所述溝槽(45)之間的徑向間隙在連接狀態(tài)下在0. 005mm至2_的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的螺紋連接件，其中，所述螺紋具有恒定的軸向尺寸，在連接狀態(tài)下在所述陽螺紋和所述陰螺紋的所述插入牙側(cè)(44、54)之間存在軸向間隙。
7.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的螺紋連接件，其中，在所述插入牙側(cè)(44、54)之間的軸向間隙在連接狀態(tài)下在0. 05mm至1_的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項所述的螺紋連接件，其中，所述螺紋具有可變的軸向尺寸。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的螺紋連接件，其中，在連接狀態(tài)下在所述陽螺紋的所述牙頂(51)與所述陰螺紋的所述牙底(42)之間和/或在所述陰螺紋的所述牙頂(41)與所述陽螺紋的所述牙底(52 )之間存在徑向間隙。
10.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的螺紋連接件，其中，在所述陰端部的所述螺紋區(qū)(4)的所述牙頂(41)與所述陽端部的所述螺紋區(qū)(5 )的所述牙底(52 )之間的徑向間隙、和/或在所述陽螺紋的所述牙頂(51)與所述陰螺紋的所述牙底(42)之間的徑向間隙在連接狀態(tài)下在0.05mm至0. 5mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選小于0. 2mm。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至8中一項所述的螺紋連接件，其中，在連接狀態(tài)下在所述陽螺紋的所述牙頂(51)與所述陰螺紋的所述牙底(42)之間或在所述陰螺紋的所述牙頂(41)與所述陽螺紋的所述牙底(52)之間存在干涉。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的螺紋連接件，其中，所述陽端部和所述陰端部的所述螺紋區(qū)的所述插入牙側(cè)(44)包括成范圍為10°至35°、優(yōu)選地范圍為15°至25°的角度的正傾斜直線部分。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的螺紋連接件，其中，所述陽端部和所述陰端部的所述螺紋區(qū)的所述承載牙側(cè)(43)包括成范圍為3°至15°、優(yōu)選地范圍為3°至5°的角度的負傾斜直線部分。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的螺紋連接件，其中，所述突起部(55)的軸向長度范圍為0. Imm至Imm,優(yōu)選地范圍為0. 2mm至0. 4mm。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的螺紋連接件，其中，所述突起部(55)的軸向長度在所述突起部的徑向高度的50%至150%的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在80%至120%的范圍內(nèi)。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的螺紋連接件，其中，所述突起部(55)的徑向高度范圍為0. Imm至I. 5mm,優(yōu)選地范圍為0. 2mm至0. 5mm。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的螺紋連接件，其中，所述突起部(55)的徑向高度在所述螺紋的徑向高度的5%至45%的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在10%至30%的范圍內(nèi)。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的螺紋連接件，其中，所述陰螺紋區(qū)(4)和所述陽螺紋區(qū)(5)是多頭螺紋，優(yōu)選地為雙頭螺紋。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的螺紋連接件，其中，使所述陽端部的所述遠端表面和/或所述陰端部的所述遠端表面以軸向抵接來接觸抵靠對應(yīng)的抵接表面。
20.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的螺紋連接件，其中，所述陽端部和所述陰端部各包括密封表面，所述密封表面通過緊固為金屬/金屬密封而彼此協(xié)作。
全文摘要
一種在油氣井的開采和操作中使用的螺紋連接件(1)，包括第一和第二管狀部件，第一部件包括陽端部(3)，陽端部(3)包括設(shè)置在其外周面上的螺紋區(qū)(5)，第二部件包括陰端部(2)，陰端部(2)包括設(shè)置在其內(nèi)周面上的螺紋區(qū)(4)，陽端部的螺紋區(qū)(5)旋擰到陰端部的螺紋區(qū)(4)內(nèi)，螺紋區(qū)包括各自的陽螺紋和陰螺紋(40，50)，螺紋(40，50)包括牙底、牙頂、插入牙側(cè)和承載牙側(cè)，溝槽與牙底相鄰地設(shè)置在陰端部和/或陽端部的螺紋區(qū)(40)的承載牙側(cè)中，并且與牙頂相鄰地設(shè)有從陽端部和/或從相應(yīng)的陰端部的螺紋區(qū)(50)的承載牙側(cè)軸向伸出的突起部，突起部包括凸起表面和凹入表面，突起部容置在溝槽中，其中在連接狀態(tài)下，在凹入表面與溝槽之間存在徑向間隙，而在突起部的端部與溝槽的底部之間存在軸向間隙。
文檔編號F16L15/06GK102639912SQ201080053859
公開日2012年8月15日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者B·馬隆, J·迪里沃, P·馬丁 申請人:住友金屬工業(yè)株式會社, 瓦盧萊克曼內(nèi)斯曼油氣法國公司