專(zhuān)利名稱(chēng)：螺紋連接件及其獲得方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于管狀油氣工作管柱的陰部件、螺紋連接件及其獲得方法。
本發(fā)明涉及用于經(jīng)受動(dòng)態(tài)彎曲強(qiáng)度的油田工作管柱的螺紋管狀連接件的陰部件。 所述陰部件通過(guò)上緊與陽(yáng)部件協(xié)作互補(bǔ)。
背景技術(shù)：
該類(lèi)型的螺紋連接件具體地旨在用于生產(chǎn)介于平臺(tái)與海底形成的井之間的、用于油氣井或類(lèi)似井的管柱。
除了相對(duì)恒定的軸向拉伸載荷以外，波浪、風(fēng)、潮汐和洋流的作用使連接海上平臺(tái)和海底的管柱經(jīng)受變化的彎曲強(qiáng)度。所述強(qiáng)度經(jīng)由螺紋連接件從管柱的一根管傳遞到另一根管。
通常借助于設(shè)置在螺紋區(qū)之外并形成金屬_金屬密封的密封表面提供螺紋連接件的緊密性。
文獻(xiàn)WO 85/02651提出了向內(nèi)徑向加厚陰元件的一個(gè)端部以由此保護(hù)密封表面。 但是，加厚區(qū)域(其借助于在陰元件的內(nèi)周表面處的柱形表面而中斷錐形)嚴(yán)重地冒著在上緊期間損壞陽(yáng)密封表面的風(fēng)險(xiǎn)。此外，加厚區(qū)域趨于使陰元件的端部加強(qiáng)太多。
在測(cè)試之后，申請(qǐng)人已經(jīng)觀(guān)察到，這些部件在操作者操縱期間、特別是在其在上緊之前的定位期間也易于使陰密封表面劣化。
申請(qǐng)人還已經(jīng)觀(guān)察到，設(shè)計(jì)為抵抗動(dòng)態(tài)彎曲應(yīng)力的部件應(yīng)當(dāng)保留這些特性直到部件被使用為止。換言之，部件必須在其運(yùn)輸期間、在其用于上緊的操縱期間、以及在陽(yáng)部件與陰部件之間的接觸期間受到保護(hù)。一次性帽可以被使用，但是其購(gòu)買(mǎi)價(jià)格、在制造最后的定位成本、去除成本和回收成本不令人滿(mǎn)意。必須改進(jìn)待回收材料量的減小和必須手動(dòng)執(zhí)行的操作的簡(jiǎn)化。為此，申請(qǐng)人已經(jīng)構(gòu)想了軸向設(shè)置在陰部件的陰密封表面與自由端部之間的緩沖器。術(shù)語(yǔ)“自由端部”意為陰部件的終端表面，該終端表面構(gòu)造為保持在距對(duì)應(yīng)陽(yáng)部件的軸向距離處。緩沖器隨后能夠適應(yīng)甚至能夠使其稍微變形的各種機(jī)械挑戰(zhàn)，同時(shí)保留連接件的密封性能。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在通過(guò)改進(jìn)對(duì)陰密封表面的保護(hù)來(lái)改進(jìn)情況。
用于經(jīng)受動(dòng)態(tài)彎曲強(qiáng)度的管狀油氣工作管柱的陰部件包括錐形陰螺紋部，所述陰螺紋部用于與陽(yáng)螺紋部協(xié)作以形成管狀元件的剛性相互連接；自由端部；和陰密封表面，所述陰密封表面設(shè)置在所述自由端部與所述陰螺紋部之間。所述陰密封表面旨在在上緊情況下與陽(yáng)密封表面接觸以形成金屬_金屬密封。所述部件包括設(shè)置在所述自由端部與所述陰密封表面之間的環(huán)形溝槽。所述環(huán)形溝槽在所述自由端部與所述陰密封表面的向外過(guò)渡區(qū)域之間留下軸向距離，并且在所述陰密封表面與所述自由端部的倒角之間留下徑向距離，以便在上緊之前保護(hù)所述陰密封表面。
換言之，相對(duì)于所述自由端部，所述陰密封表面基本后移至少所述軸向距離。后移的陰密封表面由此較少暴露于沖擊，而所述自由端部作為緩沖器。由于所述自由端部旨在即使在上緊情況下也保持自由，因此其能夠經(jīng)受多種沖擊，同時(shí)保留所述陰密封表面的密封性能。由于所述自由端部設(shè)有在所述溝槽的側(cè)部上的倒角，因此所述陽(yáng)部件的所述密封表面保持在距除所述陰部件的所述密封表面以外的其他表面的一定距離處。另外，所述陰部件的介于所述自由端部與穿過(guò)所述過(guò)渡區(qū)域的徑向平面之間的材料也能夠有利于所述陰密封表面的徑向剛度。更具體地，申請(qǐng)人已經(jīng)觀(guān)察到，本發(fā)明的陰部件具有顯著的特性在陽(yáng)密封表面與陰密封表面的具有最大接觸壓力的接觸區(qū)沿著所述陰部件的軸線(xiàn)的位置以及所述軸向距離之間存在相關(guān)性。由此，在所有其他特征相同的情況下，能夠通過(guò)對(duì)所述軸向距離的作用來(lái)調(diào)節(jié)所述最大接觸壓力區(qū)的軸向位置。由此，能夠避免對(duì)所述陽(yáng)密封表面和所述陰密封表面的幾何形狀特征、所述螺紋部的特征以及更一般地設(shè)置在穿過(guò)所述過(guò)渡區(qū)域的所述徑向平面的與所述陰部件的所述自由端部相反的一側(cè)上的元件的幾何形狀特征的修改。在一個(gè)實(shí)施例中，所述部件包括抵接部。所述抵接部可以為內(nèi)部的。所述抵接部可以設(shè)置為關(guān)于所述陰螺紋部與所述自由端部相反。在另一實(shí)施例中，所述抵接功能由自鎖螺紋部(插入牙側(cè)的螺距為恒定的且小于也為恒定的承載牙側(cè)的螺距)確保。在最終上緊階段期間，所述陽(yáng)部件和所述陰部件的所述牙側(cè)抵靠彼此緊密接觸，從而在所述螺紋部的整個(gè)長(zhǎng)度上提供與由所述內(nèi)部抵接部所支承的壓力相等的總接觸壓力。在一個(gè)實(shí)施例中，所述倒角為錐形的。在一個(gè)實(shí)施例中，所述自由端部包括具有大致徑向形式的表面。在一個(gè)實(shí)施例中，所述過(guò)渡區(qū)域的一部分在軸向截面中呈大致圓弧的形式。所述陰密封表面在軸向截面中可以具有大致圓弧的形式。所述陰密封表面的半徑可以大于150mm，優(yōu)選地大于180mm。所述陰密封表面的半徑可以是所述過(guò)渡區(qū)域的所述部分的半徑 的至少五倍以上，優(yōu)選地至少十倍以上。在另一實(shí)施例中，所述過(guò)渡區(qū)域的一部分在軸向截面中具有大致圓弧的形式，并且所述陰密封表面為錐形的。在一個(gè)實(shí)施例中，所述陰密封表面經(jīng)由大致柱形形式的表面并入所述陰螺紋部?jī)?nèi)。所述陰螺紋部可以具有包絡(luò)線(xiàn)，所述包絡(luò)線(xiàn)與具有大致柱形形式的所述表面相切。在一個(gè)實(shí)施例中,所述陰密封表面具有比所述倒角的傾斜度小、優(yōu)選地小至少10%的平均傾斜度。在一個(gè)實(shí)施例中，所述陰密封表面具有大于35%、優(yōu)選地45%、例如大約50%的平均傾斜度。在一個(gè)實(shí)施例中,所述陰管狀元件包括位于所述陰管狀元件的所述自由端部與外表面之間的倒角。在一個(gè)實(shí)施例中，所述陰管狀元件包括在所述陰螺紋部處的具有小厚度的區(qū)和在所述陰密封表面處的具有大厚度的區(qū)。所述小厚度區(qū)可以在所述陰螺紋部的長(zhǎng)度的一部分上延伸。所述小厚度區(qū)可以通過(guò)在軸向截面中從所述陰管狀元件的所述外表面設(shè)置凹部而獲得。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述自由端部與所述陰密封表面的向外過(guò)渡區(qū)域之間的軸向距離大于1_。所述陰 密封表面與所述自由端部的倒角之間的徑向距離可以大于I. 5_。在一個(gè)實(shí)施例中，所述陰螺紋部包括經(jīng)由具有兩個(gè)曲率半徑的圓角相連的牙底、牙頂、承載牙側(cè)和插入牙側(cè)，其中大曲率半徑靠近牙底和牙頂，而小曲率半徑靠近承載牙側(cè)和插入牙側(cè)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述陰螺紋部包括基本徑向的承載牙側(cè)，而所述插入牙側(cè)包括具有錐形形式的小直徑部分和凹入的大直徑部分，所述大直徑部分在軸向截面中為圓形形式，在所述大直徑部分與所述小直徑部分之間具有經(jīng)由凸起連接圓角的過(guò)渡。在一個(gè)實(shí)施例中，所述陰螺紋部和所述陽(yáng)螺紋部為沿徑向方向自鎖的。在一個(gè)實(shí)施例中，所述陰管狀部件形成具有兩個(gè)陰部件的管的一部分。這種類(lèi)型的管通常較短，例如小于I米，并且稱(chēng)為聯(lián)接件。這種聯(lián)接件可以用來(lái)連接設(shè)有對(duì)應(yīng)陽(yáng)端部的兩根管。本發(fā)明還設(shè)想了一種包括陽(yáng)管狀部件和上述陰部件的螺紋連接件，所述陽(yáng)管狀部件包括錐形陽(yáng)螺紋部、陽(yáng)密封表面和柱形外表面，所述柱形外表面的直徑對(duì)于所述陽(yáng)管狀部件而言為最大。所述陽(yáng)密封表面可以設(shè)置在所述陽(yáng)螺紋部與所述柱形外表面之間?？梢钥拷鲋瓮獗砻嬖O(shè)置斜坡。柱形檢驗(yàn)表面可以設(shè)置在所述斜坡與所述錐形密封表面之間。在一個(gè)實(shí)施例中，上述螺紋連接件的制造包括其中通過(guò)確認(rèn)所述柱形檢驗(yàn)表面已經(jīng)被機(jī)加工來(lái)檢驗(yàn)所述陽(yáng)密封表面的機(jī)加工的步驟。所述柱形檢驗(yàn)表面具有與所述陽(yáng)密封表面的直徑至少相等的直徑；所述檢驗(yàn)表面的機(jī)加工、并且特別是其周緣的機(jī)加工表明了機(jī)加工工具已經(jīng)機(jī)加工到比所述柱形檢驗(yàn)表面的直徑小的直徑。本發(fā)明還提供了用于獲得上述陰部件的方法，其中，根據(jù)所述自由端部與所述陰密封表面的向外過(guò)渡區(qū)域之間的軸向距離選取與所述陽(yáng)密封表面接觸的所述陰密封表面所經(jīng)受的最大壓力的位置。由于本發(fā)明，螺紋連接件的所述陰部件的所述陰密封表面在使其上緊之前特別良好地受保護(hù)于挑戰(zhàn)或外部沖擊。形成所述陰部件的一體式部件的這種防護(hù)部能夠避免使用可移除的防護(hù)部，例如偶爾被使用且隨后在管相連之后丟棄的、由合成材料生成的具有塞或帽形式的防護(hù)部。這減小了待回收的所用材料的量。所述陰密封表面也更好地受保護(hù)于來(lái)自設(shè)置用于與所述陰部件相接合的陽(yáng)部件的沖擊。能夠通過(guò)選取在所述自由端部與所述過(guò)渡區(qū)域之間的軸向距離而在特定路徑上調(diào)節(jié)施加到所述陰密封表面上的最大壓力的位置。所述軸向距離對(duì)其他參數(shù)的影響較小，并且由此提供簡(jiǎn)單和廉價(jià)的調(diào)節(jié)實(shí)施方式，從而避免了僅僅為了實(shí)現(xiàn)最大壓力位置的期望移位而必須設(shè)計(jì)新的連接件。
在下面參照附圖作為非限制性示例給出的描述中更詳細(xì)公開(kāi)了本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖I和圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的陽(yáng)部件和陰部件的軸向截面圖；圖3和圖4是圖I和圖2的細(xì)節(jié)圖；以及圖5是圖I和圖2的陰部件和陽(yáng)部件的螺紋部的局部軸向截面圖。
附圖不僅用來(lái)完成本發(fā)明，而且在必要時(shí)有助于其限定。
具體實(shí)施方式
讓我們考慮井特別是在海上的油氣井的工作。管柱在鉆探到海床內(nèi)的井與設(shè)置在海的最高點(diǎn)上方的平臺(tái)之間延伸，該管柱不僅經(jīng)受陸基井的管柱通常遇到的應(yīng)力例如壓力、張力等，而且經(jīng)受由海洋(例如海流、涌浪、風(fēng)和平臺(tái)震動(dòng))所施加的應(yīng)力。這些應(yīng)力通常導(dǎo)致管柱的靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)彎曲。此外彎曲應(yīng)力施加到兩根管之間的連接件上。由此，螺紋部被特別加載，這是由于它們經(jīng)受除軸向載荷之外的彎曲力矩。存在螺紋部特別是最后的陽(yáng)螺紋開(kāi)始疲勞開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。這些動(dòng)態(tài)應(yīng)力也導(dǎo)致在陽(yáng)部件和陰部件的接觸部分之間的摩擦力，從而導(dǎo)致摩擦疲勞。應(yīng)當(dāng)參照文獻(xiàn)FR 2 868 146，該文獻(xiàn)提出了經(jīng)由距螺紋部一定距離處的傳遞區(qū)傳遞一部分彎曲力矩。另外，管狀部件在服務(wù)時(shí)的脫離或跳出的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)當(dāng)有利地受到保護(hù)。應(yīng)當(dāng)參照文獻(xiàn) FR 2 863 681。申請(qǐng)人:已經(jīng)觀(guān)察到，設(shè)計(jì)成抵抗動(dòng)態(tài)彎曲載荷的部件必須保持這些特性直到部件被使用。換言之，部件必須在其運(yùn)輸期間、在其用于上緊的操縱期間、以及當(dāng)使陽(yáng)部件和陰部件接觸時(shí)受到保護(hù)。一次性帽可以被使用，但是其購(gòu)買(mǎi)價(jià)格、在制造之后的運(yùn)輸成本、去除成本及回收成本不令人滿(mǎn)意。待回收材料的量應(yīng)當(dāng)有利地減小，并且待手動(dòng)執(zhí)行的操作應(yīng)當(dāng)被簡(jiǎn)化。為此，申請(qǐng)人已經(jīng)構(gòu)想了軸向設(shè)置在陰部件的陰密封表面與自由端部之間的緩沖器。術(shù)語(yǔ)“自由端部”意為陰部件的終端表面，該終端表面旨在保持在距對(duì)應(yīng)陽(yáng)部件的一定軸向距離處。緩沖器隨后能夠適應(yīng)甚至可以使其稍微變形的多種機(jī)械挑戰(zhàn)，同時(shí)保留連接件的密封性能。圖I和圖2中所示的管狀螺紋連接件包括設(shè)有相應(yīng)錐形螺紋部3、4的陰管狀元件I和陽(yáng)管狀元件2，錐形螺紋部3、4通過(guò)上緊協(xié)作而用于兩個(gè)元件的相互連接。陰元件I在旨在連接兩根大長(zhǎng)度管的管狀聯(lián)接件11的一個(gè)端部處形成；在大長(zhǎng)度管12的一個(gè)端部處的陽(yáng)元件2旨在經(jīng)由兩個(gè)聯(lián)接件例如11相連。多根管12 (每根均具有在其兩個(gè)端部處的兩個(gè)螺紋元件2)可以由此經(jīng)由聯(lián)接件11 (每個(gè)均具有在其兩個(gè)端部處的兩個(gè)陰螺紋端部I)連接到一起以形成管柱(例如裝備油井的管柱)。在圖示情況下，在這兩個(gè)陽(yáng)元件之間，即在其長(zhǎng)度的主要部分(稱(chēng)為規(guī)則部分)上，管12具有均勻的外徑，外徑例如為533. 4mm (21英寸)，這代表螺紋連接件的標(biāo)稱(chēng)直徑。以下給出的尺寸值基于該標(biāo)稱(chēng)直徑，但是可以與其不同。螺紋連接件包括設(shè)置在聯(lián)接件11和管12的螺紋部3、4與相應(yīng)孔5、6之間的內(nèi)部密封件。內(nèi)部密封件通過(guò)在陰密封表面7 (例如，錐形)在上緊情況下與陽(yáng)密封表面8 (例如，錐形或盤(pán)形)之間的接觸而提供。陰密封表面7的傾斜度可以范圍為25%至75%，優(yōu)選地范圍為40%至60%，例如大約50%。在圖示情況下，陽(yáng)密封表面8的平均傾斜度等于陰密封表面7的傾斜度。環(huán)形溝槽9在螺紋部3與陰密封表面7之間設(shè)置在陰元件11中。溝槽9包括錐形底部。所述底部可以具有與螺紋部3的傾斜度相等的傾斜度。所述底部可以相對(duì)于螺紋部3的螺紋牙底后移，從而具有比靠近螺紋部3的螺紋牙底大的直徑?？蛇x地，所述底部可以設(shè)置在螺紋部3的螺紋牙底的延伸部中。溝槽9可以由此用來(lái)分離用于機(jī)加工螺紋的工具。溝槽9包括位于螺紋部3 —側(cè)上的設(shè)置在端螺紋中的邊界，該邊界例如相對(duì)于聯(lián)接件11的軸線(xiàn)成范圍為25°至50°的傾角。溝槽9具有與陰密封表面7相遇的相對(duì)邊界。所述相對(duì)邊界可以具有相對(duì)于聯(lián)接件11的軸線(xiàn)成大約20°至60°的傾角，經(jīng)由具有合適半徑的圓角相連。在陰密封表面7與孔5之間設(shè)有肩部，該肩部沿與陰密封表面7相反的方向軸向延伸，使得在上緊的最后，所述肩部趨于被壓靠陽(yáng)部分的鼻部，該鼻部抵靠陰密封表面7。肩部形成相對(duì)于徑向平面成范圍為10°至20°傾角的軸向抵接部13。陰密封表面7與軸向抵接部13之間形成的角度可以約為80°至100°。陰密封表面7與肩部13經(jīng)由連接圓角結(jié)合。連接圓角使軸向抵接部13與孔5相連。陽(yáng)管狀元件2包括在陽(yáng)密封表面8與螺紋部4之間形成的外表面10。外表面10 基本設(shè)置在螺紋部4的螺紋牙底的延伸部中。外表面10以大約1°至5°的傾角，例如大約2°的傾角成錐形。在上緊情況下，外表面10面對(duì)溝槽9。陽(yáng)管狀元件2借助于所設(shè)置的陽(yáng)軸向抵接部14徑向向內(nèi)延伸超出陽(yáng)密封部件8，以與陰軸向抵接部13接觸。軸向抵接部14具有相對(duì)于徑向平面成10°至20°的角度。軸向抵接部14相對(duì)于陽(yáng)密封表面8成大約80°至100°傾斜。在孔6與軸向抵接部14之間，此處陽(yáng)管狀元件2包括錐形倒角，該錐形倒角相對(duì)于管12的軸線(xiàn)成范圍為5°至15°例如10°的傾角。在各個(gè)錐形表面之間設(shè)置圓角。在特定的實(shí)施例中，陽(yáng)密封表面8中凹為具有大曲率半徑，例如范圍為IOOmm至300mm的曲率半徑，從而提供與具有錐形形式的陰密封表面7的優(yōu)良密封，利用該密封，在上緊情況下建立金屬-金屬接觸。螺紋管狀連接件包括設(shè)置在螺紋部3和4的徑向外側(cè)的外部密封件。陰管狀元件I包括外部陰密封表面15。陽(yáng)管狀元件2包括具有與密封表面15相配形式的陽(yáng)密封表面16，從而在螺紋管狀連接件的上緊情況下通過(guò)金屬-金屬接觸提供密封。陰密封表面15設(shè)置在陰管狀元件I的螺紋部3與自由端部之間。陰密封表面15可以以范圍為35%至60%例如50%的傾斜度成錐形，或者中凹為具有大半徑，例如范圍為IOOmm至300mm的半徑，同時(shí)相對(duì)于聯(lián)接件11的軸線(xiàn)具有大約35%至60%例如50%的平均傾斜度。在陰密封表面15與螺紋部3之間為大致柱形的內(nèi)表面17。螺紋部3從柱形表面17的與密封表面15相背的端部形成?？拷鼉?nèi)表面17，螺紋牙底遵循相對(duì)于聯(lián)接件11的軸線(xiàn)成范圍為5°至10°的角度傾斜的母線(xiàn)。螺紋牙頂切向于表面17并且由此本身為柱形的，從而形成一個(gè)或多個(gè)不完整的螺紋直到達(dá)到螺紋的標(biāo)稱(chēng)深度為止。在距內(nèi)表面17的一定距離處，螺紋牙底的傾斜反轉(zhuǎn)，平行于螺紋部3的整體傾斜。為了增大完整螺紋(完全的，全深度)的數(shù)目，可以設(shè)置突出部3a，參見(jiàn)圖4。突出部3a形成螺紋部3的向內(nèi)指向的肩部。突出部3a軸向接近螺紋牙底的傾斜變化部設(shè)置。在密封表面15的與柱形表面17相背的一側(cè)上，陰管狀元件I包括用于與外密封表面相接合的半徑，從而延伸密封表面15且形成盤(pán)狀表面19。盤(pán)狀表面19可以具有范圍為O. 5mm至3mm例如大約Imm的曲率半徑。盤(pán)狀表面19通過(guò)基本徑向表面21徑向向外延伸?；緩较虮砻?1在大約Imm至3mm的距離上延伸。盤(pán)狀表面19和基本徑向表面21形成連接到密封表面15上的過(guò)渡區(qū)域。所述過(guò)渡區(qū)域可以視為包括呈部分環(huán)形形式的一部分和基本徑向部分。
陰管狀元件I包括具有大致柱形形式的外表面23。沿相對(duì)于聯(lián)接件11的軸線(xiàn)的軸向方向，夕卜表面23在陰管狀兀件I上延伸與密封表面15和內(nèi)表面17基本相同的距離。在實(shí)踐中，柱形外表面23軸向延伸超出內(nèi)表面17，直到螺紋部3的完整螺紋區(qū)。在相反側(cè)上，外表面23基本延伸到包括徑向表面21的徑向平面中。陰管狀元件I包括呈環(huán)形徑向表面25形式的自由端部。徑向表面25由小直徑(該小直徑大于陽(yáng)密封表面16的最大直徑)限定。端表面25經(jīng)由外錐形倒角27連接到外表面23上。外倒角27相對(duì)于徑向平面可以具有大約60°至80°例如大約70°的傾角。內(nèi)倒角29設(shè)置在端表面25與徑向表面21之間。內(nèi)倒角29相對(duì)于徑向平面可以具有大約60°至80°例如大約70°的傾角。如在圖4中可見(jiàn)的，內(nèi)倒角29和徑向表面21形成環(huán)形溝槽31。內(nèi)倒角29和徑向表面21形成在軸向截面圖中的凹部。所述凹部基本上由兩個(gè)直線(xiàn)部段限定，這兩個(gè)直線(xiàn)部段在外側(cè)由倒角29形成并且在內(nèi)側(cè)由徑向表面21形成。內(nèi)倒角29與徑向表面21之間的角度小于160°，例如大約100°至120°。溝槽31為具有圓形底部的V形。陰密封表面15具有比所述倒角29的傾斜度小的平均傾斜度。優(yōu)選地，傾斜度的差異為至少10%，表述為傾斜的百分比。倒角27和29占據(jù)沿徑向方向的有限空間以保留大截面用于緩沖器的材料。倒角27和29的總徑向尺寸小于在倒角的與所述自由端部相反的端部處的陰部件的徑向尺寸的50%，即小于由徑向表面21限定的徑向平面中的徑向尺寸的50%。倒角27和29以及端表面25的總和徑向尺寸是沿端部方向超出螺紋部3的完整螺紋之外的陰管狀元件I的(換言之陰管狀元件I的鼻部的)最大徑向尺寸的至少80%。端表面25相對(duì)于徑向表面21軸向偏離大約Imm至5mm例如大約2mm的距離L。距離L小于部件的標(biāo)稱(chēng)外徑的25%。徑向表面21和盤(pán)狀表面19提供在內(nèi)倒角29與陰密封表面15之間的大于I. 5mm、大約2mm的徑向偏離。陰密封表面15由端表面25保護(hù)，端表面25相對(duì)于徑向表面21的徑向平面位于前方。位于前方的端表面25由此形成緩沖器，特別地抵抗在螺紋連接件上緊之前的操縱沖擊。如果落到平坦表面上，端表面25將首先承載并且可能變形，同時(shí)維持密封表面15的完整性，特別是就其尺寸而言。由此，能夠免去浪費(fèi)時(shí)間且產(chǎn)生廢物的可移除帽。申請(qǐng)人:已經(jīng)觀(guān)察到，距離L越大，金屬-金屬密封表面15和16的接觸部朝向陰部件的自由端部25偏離越多。實(shí)際上，軸向距離L越大，靠近陰部件的自由端部25的徑向剛性越大。為此，金屬-金屬密封表面15和16的干涉區(qū)朝向陰部件的自由端部25偏離。理想的是限制軸向距離L，使得金屬-金屬密封表面15和16的接觸位于溝槽的外側(cè)。在示例中，通過(guò)有限元分析計(jì)算的L的最佳值為大約2_。密封表面15和16的參數(shù)(半徑、傾斜度、形式等)根據(jù)軸向距離L作適應(yīng)性修改以獲得最佳的穩(wěn)定接觸。在上緊期間，陰密封表面15將逐漸與陽(yáng)密封表面16緊密接觸以通過(guò)金屬-金屬接觸形成密封。陰密封表面15趨于通過(guò)增大彈性域中的直徑而變形。直徑的這種可能增大通過(guò)陰管狀元件I的鼻部的剛性抵消，并且剛性通過(guò)補(bǔ)充材料環(huán)的設(shè)置而增大，該環(huán)由徑向表面21的徑向平面、端表面25和倒角27和29限定。這種補(bǔ)充材料環(huán)顯著增大了用于增大密封表面15的直徑所需的力，并且由此對(duì)應(yīng)地增大了在密封表面15與16之間的接觸力。由此，陰管狀元件I的超出徑向表面21的徑向平面的材料具有雙重功能作為緩沖器，并且由于其環(huán)形形式，作為抵抗密封表面15的徑向向外變形的增強(qiáng)件。在陽(yáng)密封表面16與螺紋部4之間，陽(yáng)管狀元件2包括大致柱形外表面18，從該外表面18，螺紋部4的螺紋逐漸出現(xiàn)不完整螺紋區(qū)，螺紋部4的螺紋牙頂?shù)闹睆叫∮诨虻扔谥瓮獗砻?8的直徑。陽(yáng)管狀元件2包括設(shè)置在密封表面16與柱形表面18相背的一側(cè)上的居中表面20。居中表面20較短，例如范圍為2mm至10mm。為了簡(jiǎn)化，居中表面20優(yōu)選地為柱形的，但是其可以為很輕微的錐形，具有比錐形承載表面16和22的傾斜度小的傾斜度。在居中表面20之外，設(shè)有在居中表面20與外表面24之間延伸的錐形表面22，外表面24限定管12的標(biāo)稱(chēng)外徑。錐形表面22相對(duì)于陽(yáng)管狀元件2的軸線(xiàn)可以具有大約40%至60%的傾斜度，該傾斜度例如等于密封表面16的傾斜度。在圖4中更詳細(xì)圖示的外密封表面的陽(yáng)部分的輪廓證實(shí)為有利的，這是由于錐形密封表面的臺(tái)階一方面由密封表面16形成而另一方面由錐形外表面22 (形成斜坡)形成。為了簡(jiǎn)化，當(dāng)機(jī)加工時(shí)，有利的是設(shè)置具有相同傾斜度的兩個(gè)錐形承載表面。在機(jī)加工期間的一個(gè)困難源自于外表面24中的缺陷。外表面24標(biāo)稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)表面。實(shí)際管的外表面24 在橫截面中看略微偏離于正圓。但是，密封表面16被非常準(zhǔn)確地機(jī)加工，而外表面24鍛造為具有大至少一個(gè)數(shù)量級(jí)的公差。密封表面16必須是具有精確可靠公差的旋轉(zhuǎn)表面。居中表面20和錐形外表面22的設(shè)置意味著機(jī)加工能夠通過(guò)操作者或者通過(guò)圖像捕獲和處理系統(tǒng)視覺(jué)地檢查。如果缺陷是輕微的，則錐形表面22將僅被部分機(jī)加工，或者甚至根本沒(méi)有機(jī)加工。為了確定密封表面16也已經(jīng)被完全機(jī)加工，檢查居中表面20已經(jīng)確實(shí)被機(jī)加工就足夠了。居中表面20形成檢驗(yàn)表面。由于大尺寸管尤其發(fā)生缺陷，特別是橢圓化或具有過(guò)小直徑或者甚至曲率，因此居中表面20容許快速且較確定地確認(rèn)陽(yáng)管狀兀件2的密封表面16的機(jī)加工的完成。另外，密封表面16可以依據(jù)專(zhuān)利FR 2 868 146 ;讀者請(qǐng)參照該專(zhuān)利。密封表面16可以以一系列圓環(huán)形肋成波紋狀，與在上緊情況下面對(duì)密封表面16的密封表面15接觸。密封表面15為光滑的。在圖I中，靠近聯(lián)接件的端部的外表面23經(jīng)由環(huán)形溝槽35 (也稱(chēng)為“月牙部”)連接到聯(lián)接件的最大直徑外表面33上，環(huán)形溝槽35通過(guò)去除(也稱(chēng)為“削減”)位于外表面23與33之間的區(qū)域中的材料而獲得。由此，聯(lián)接件的柔性能夠在螺紋部3處軸向增大，同時(shí)保持在密封表面15處的軸向高徑向剛性。讀者請(qǐng)參照文獻(xiàn)FR 2 807 095。環(huán)形溝槽35可以具有靠近外表面23的邊界，其相對(duì)于聯(lián)接件的軸線(xiàn)成大約10°至30°、例如20°傾斜；基本柱形底部；和靠近大直徑外表面3的邊界，其具有兩個(gè)斜率，靠近底部的淺傾斜部和靠近外表面33的陡傾斜部。淺傾斜部可以相對(duì)于聯(lián)接件的軸線(xiàn)以大約5°至15°例如大約10°的角度傾斜。陡傾斜部可以相對(duì)于聯(lián)接件的軸線(xiàn)以大約30°至50°例如大約45°的角度傾斜。環(huán)形溝槽35軸向設(shè)置在螺紋部3的完整螺紋的位置處，同時(shí)維持在距螺紋部3的靠近內(nèi)密封表面5的端部的一定距離處。獲得了垂直于陰螺紋部3的小厚度區(qū)和垂直于陰密封表面15的大厚度區(qū)。小厚度區(qū)在陰螺紋部3的長(zhǎng)度的一部分上延伸。參見(jiàn)圖5，螺紋部3和4為沿徑向方向自鎖的。在拉伸載荷的情況下，插入牙側(cè)的反傾斜趨于將陰管狀元件I再緊固到陽(yáng)管狀元件2上。陰密封表面7和15在陽(yáng)密封表面8和16上的接觸壓力增大。
如圖5中圖示，螺紋部3和4在所述螺紋部3和4的錐形之后包括大致平滑的牙底和牙頂。插入牙側(cè)51和52具有三角法意義上的范圍為+1°至+5°的角度，例如大約3°。承載牙側(cè)53和54具有三角法意義上的范圍為-5°至-35°的角度，例如大約-25°。在牙底、牙頂、承載牙側(cè)和插入牙側(cè)之間的結(jié)合經(jīng)由具有兩個(gè)半徑的圓角進(jìn)行。大半徑是小半徑 的2至3倍。小半徑靠近牙側(cè)，而大半徑靠近牙底或牙頂。應(yīng)力集中較小，由此增強(qiáng)疲勞強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1.一種用于經(jīng)受動(dòng)態(tài)彎曲強(qiáng)度的管狀油氣工作管柱的陰部件(1)，包括錐形的陰螺紋部(3)，所述陰螺紋部用于與陽(yáng)螺紋部(4)協(xié)作以形成管狀元件的剛性相互連接；自由端部；和陰密封表面(15)，所述陰密封表面設(shè)置在所述自由端部與所述陰螺紋部之間，所述陰密封表面(15)用于在上緊情況下與陽(yáng)密封表面(16)接觸以形成金屬-金屬密封，其特征在于，所述陰部件包括設(shè)置在所述自由端部與所述陰密封表面(15)之間的環(huán)形溝槽(31)， 在所述陰密封表面的向外的過(guò)渡區(qū)域與所述自由端部之間留下比零大的軸向距離，并且在所述自由端部的倒角(29)與所述陰密封表面之間留下比零大的徑向距離，所述溝槽(31) 包括由所述倒角(29)形成的邊界和由所述過(guò)渡區(qū)域的部分形成的邊界，從而在上緊之前保護(hù)所述陰密封表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的陰部件，包括靠近陰螺紋部設(shè)置的、位于與所述陰端部相反一側(cè)上的內(nèi)抵接表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的陰部件，其中，所述螺紋部為自鎖的。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的陰部件，其中，所述倒角(29)為錐形的，優(yōu)選地角度范圍為10°至30°。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的陰部件，其中，所述自由端部包括基本徑向定向的表面(25)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的陰部件，其中，所述溝槽(31)在沿著穿過(guò)軸線(xiàn)的平面的截面中具有凹部，所述凹部具有小于160°的角度。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的陰部件，其中，所述過(guò)渡區(qū)域的所述部分為基本徑向的。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的陰部件，其中，所述過(guò)渡區(qū)域的所述部分在軸向截面中呈大致圓弧的形式，所述陰密封表面(15)在軸向截面中呈大致圓弧的形式，所述陰密封表面的半徑大于150mm ;優(yōu)選地，所述陰密封表面的半徑是所述過(guò)渡區(qū)域的一部分的半徑的至少10倍以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中一項(xiàng)所述的陰部件，其中，所述過(guò)渡區(qū)域的所述部分在軸向截面中呈大致圓弧的形式，并且所述陰密封表面為錐形的。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的陰部件，其中，所述陰密封表面(15)具有比所述倒角(29)的傾斜度小，優(yōu)選地小至少10%的平均傾斜度。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的陰部件，其中，所述陰密封表面(15)具有大于 35%、優(yōu)選地45%的平均傾斜度。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的陰部件，其中，所述陰管狀元件(I)包括位于所述陰管狀元件的外表面(23)與所述自由端部之間的倒角(27)，所述倒角(27)優(yōu)選地成范圍為10°至30°的角度，所述倒角的徑向尺寸比在所述倒角的與所述自由端部相反的端部處的所述陰部件的徑向尺寸的50%小。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的陰部件，其中，所述陰管狀元件(I)包括在所述陰螺紋部(3)處的小厚度區(qū)和在所述陰密封表面(15)處的大厚度區(qū)，所述小厚度區(qū)在所述陰螺紋部的長(zhǎng)度的一部分上延伸，并且通過(guò)在軸向截面中從所述陰管狀元件的外表面設(shè)置凹部(35)而獲得。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的陰部件，其中，所述陰密封表面的向外的過(guò)渡區(qū)域與所述自由端部之間的軸向距離大于Imm并且小于所述部件的標(biāo)稱(chēng)外徑的25%，并且所述自由端部的倒角與所述陰密封表面之間的徑向距離大于I. 5mm。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的陰部件，其中，所述陰螺紋部(3)包括經(jīng)由具有兩個(gè)曲率半徑的圓角相連的牙底、牙頂、承載牙側(cè)和插入牙側(cè)，大曲率半徑靠近所述牙底和牙頂，而小曲率半徑靠近所述承載牙側(cè)和所述插入牙側(cè)。
16.一種包括陽(yáng)部件(12)和根據(jù)權(quán)利要求I至15中一項(xiàng)所述的陰部件的螺紋連接件， 所述陽(yáng)部件(12)包括錐形的陽(yáng)螺紋部(4)、陽(yáng)密封表面(16)和柱形外表面(24)，所述陽(yáng)密封表面設(shè)置在所述陽(yáng)螺紋部與所述柱形外表面(OD)之間，靠近所述柱形外表面設(shè)置斜坡， 并且在所述斜坡與錐形密封表面之間設(shè)有柱形檢驗(yàn)表面(20 )。
17.用于獲得根據(jù)權(quán)利要求16所述的螺紋連接件的方法，其中，通過(guò)確認(rèn)所述柱形檢驗(yàn)表面已經(jīng)被機(jī)加工而檢驗(yàn)所述陽(yáng)密封表面的機(jī)加工。
18.一種用于獲得根據(jù)權(quán)利要求1-15中一項(xiàng)所述的陰部件的方法，其中，根據(jù)在所述陰密封表面的向外的過(guò)渡區(qū)域與所述自由端部之間的軸向距離選取與陽(yáng)密封表面接觸的所述陰密封表面所經(jīng)受的最大壓力的位置。
全文摘要
一種用于經(jīng)受動(dòng)態(tài)彎曲強(qiáng)度的管狀油氣工作管柱的陰部件(1)，包括錐形陰螺紋部(3)，所述錐形陰螺紋部(3)旨在與陽(yáng)螺紋部協(xié)作以形成管狀元件的剛性相互連接；自由端部；和陰密封表面(15)，所述陰密封表面(15)設(shè)置在所述自由端部與所述陰螺紋部之間，所述陰密封表面(15)被設(shè)置成在上緊情況下與陽(yáng)密封表面接觸以形成金屬-金屬密封，并且環(huán)形溝槽(31)設(shè)置在所述自由端部與所述陰密封表面(15)之間，在所述自由端部與所述陰密封表面的向外過(guò)渡區(qū)域之間留下比零大的軸向距離，并且在所述陰密封表面與在所述自由端部處的倒角之間留下比零大的徑向距離，所述溝槽(31)包括由所述倒角形成的邊界和由所述過(guò)渡區(qū)域的一部分形成的邊界，從而在上緊之前保護(hù)所述陰密封表面。
文檔編號(hào)F16L15/00GK102947635SQ201180029669
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月17日
發(fā)明者G·科費(fèi), C·謝 申請(qǐng)人:瓦盧萊克曼內(nèi)斯曼油氣法國(guó)公司, 新日鐵住金株式會(huì)社