專利名稱：管狀螺紋連接件的制作方法
技術領域：
提供了一種管狀螺紋連接件。更加具體地，提供了一種具有高拉伸效率的管狀螺紋連接件。本公開涉及一種待通過螺紋接合的管的接合件或組件。在此描述的管應用于工業(yè)中，并且具體地應用于組件或者螺紋聯(lián)結件中，所述組件或者螺紋聯(lián)結件應用于柱管道系統(tǒng)，所述柱管道系統(tǒng)用于油管或者管狀生產(chǎn)配件的管道系統(tǒng)，或者用于套管或襯管或立管，以用于操作或者勘探或者開采油井或天然氣井。在此描述的螺紋組件或者聯(lián)結件也可以用于可能期望其組裝管道或者管狀配件的任何用途，諸如在地熱或蒸汽發(fā)電廠中。如以下所解釋的那樣，在此描述的帶螺紋的組件尤其在組裝金屬管中有用，所述金屬管用于油井或天然氣井的套管或者用于所謂的襯管，所述襯管位于套管柱的底部之外。
背景技術：
已知多種類型的組件用于石油或天然氣載管，從機械特性和緊密性角度來看，SP使在苛刻的使用條件下，所述載管也產(chǎn)生了令人滿意的結果。這些組件中的某些涉及到使用在兩個端部處裝配有陽截頭圓錐形螺紋的管，所述管由具有兩個對應的陰截頭圓錐形螺紋的聯(lián)接件組裝而成。這種組裝方式提供了一種優(yōu)勢，即，由于能夠在陽螺紋和陰螺紋之間產(chǎn)生一種正過盈，所以致使組件的兩個部件堅固。然而，這些聯(lián)接件的外徑大于對應管的外徑，并且當這些組件與套管一起使用時，聯(lián)接件需要鉆出具有擴增直徑的鉆孔，以容納聯(lián)接件的外徑。在深度超過4，000米的非常深的井的情況中，鉆井使用這些聯(lián)接件時首先井套管柱的初始直徑并且繼而井在地表附近的直徑可以是所述井能夠使用纖細聯(lián)接件時上述初始直徑和地表附近直徑的兩倍大，所述纖細聯(lián)接件的外徑僅僅略微大于套管立柱的對應的管的外徑。為了防止遇到這種困難，可以使用沒有聯(lián)接件或套筒的組件。在這種情況中，管狀元件均具有一個陽螺紋端部和一個凹陰螺紋端部，從而產(chǎn)生薄組件。與應用聯(lián)接件或套筒的組件或聯(lián)結件相比，這些組件或者聯(lián)結件通常稱作整體式組件或者聯(lián)結件。在底部懸掛在套管柱上的襯管沒有膠結到鉆孔而且通常水平行進而抵達石油或天然氣產(chǎn)層的情況中也滿足對整體式聯(lián)結件的同樣的需求。特別地，開采非傳統(tǒng)性氣田(諸如，所謂的頁巖氣儲層)需要具有整體式聯(lián)結件的小直徑并且纖細的襯管。整體式組件通常在管上形成，所述管在對應于陰螺紋的端部處具有擴展的直徑而在對應于陽螺紋的端部處具有縮減的直徑。這樣做是為了使得在管的厚度中具有足量的材料，以確保將管接合的組件的幾何特性和機械強度。還能夠通過在兩個連續(xù)段或者兩個連續(xù)階梯部中使用螺紋取代僅僅在一個連續(xù)段或者一個階梯部中使用螺紋，來加強陽-陰組件的強度。螺紋的階梯部中的每一個均具有不同的螺紋直徑并且由中央環(huán)狀抵接部分開。這種抵接部使得能夠充分緊固螺紋而同時又避免過度上緊。在具有負承載牙側的螺紋的情況中，抵接部使得能夠在這些螺紋的負牙側上緊固這些螺紋，并且這降低了因可以或者不可以與強壓力相組合的牽引應力的作用而造成的螺紋脫離的風險。位于螺紋的階梯部之間的抵接部優(yōu)選地具有高強度，從而在某一點處阻止陽元件前進到陰元件的內(nèi)部中，以便防止過度上緊。在這種情況中，抵接部作為中心止擋肩部。當中央抵接部處于這樣的區(qū)域中時能夠?qū)崿F(xiàn)這種結果，在所述區(qū)域中，組件的兩個部件具有較大的橫截面并且制成為使得兩個部件緊緊地連接在一起。能夠在螺紋的階梯部之間使用更加復雜的中心肩部結構，以允許中心肩部也用作密封件。然而，為了實現(xiàn)良好的可密封性，必須彈性地緊固相接觸的表面，原因在于否則將面臨僅僅通過塑性變形才能獲得緊密性的風險。在這種情況中，聯(lián)結件在連續(xù)載荷變化(例如，內(nèi)部壓力-外部壓力的循環(huán))或者旋擰以及旋松操作的過程中快速失去其可密封性的品質(zhì)。這種可密封性的損失基本是因塑性變形乃至磨損對表面造成損傷而引起。

發(fā)明內(nèi)容
在一個示例中，提供了一種螺紋管狀連接件，所述螺紋管狀連接件包括第一管(也稱作第一管狀構件)和第二管(也稱作第二管狀構件)。連接件能夠例如是螺紋半埋入式連接件。第一管包括陽接頭(pin)構件(也稱作管狀陽端部)，所述陽接頭構件從第一管的主體的端部延伸至第一管的終端。第一管的主體沿著第一管的軸向方向能夠具有基本恒定的外徑和內(nèi)徑。陽接頭構件包括外螺紋的兩個徑向偏置段(階梯部)。外螺紋的兩個徑向偏置段包括第一螺紋段和第二螺紋段。第一抵接表面(也稱作中心肩部)將第一螺紋段與第二螺紋段分開。第一螺紋段位于第一管的終端和第一抵接表面之間，而第二螺紋段位于第一抵接表面和第一管的主體的端部之間。第二管包括陰接頭(box)構件(也稱作管狀陰端部)，所述陰接頭構件從第二管的主體的端部延伸至第二管的終端。第二管的主體沿著第二管的軸向方向能夠具有基本恒定的內(nèi)徑和外徑。陰接頭構件包括內(nèi)螺紋的兩個徑向偏置段(階梯部)。內(nèi)螺紋的兩個徑向偏置段包括第三螺紋段和第四螺紋段。第二抵接表面(也稱作中心肩部)將第三螺紋段與第四螺紋段分開。第三螺紋段位于第二管的終端和第二抵接表面之間，而第四螺紋段位于第二抵接表面和第二管的主體的端部之間。錐形螺紋的兩個階梯部中的每一個均在第一管狀構件和第二管狀構件中的相應一個的終端的一側上包括切入(run-1n)部分而在相對的側部上具有退出(run-out)部分。第一管狀構件上的每個切入部分均嚙合第二管狀構件上的退出部分，而第二管狀構件上的每個切入部分均嚙合第一管狀構件上的退出部分。陰接頭的外徑比第一和第二管狀構件的標稱外徑大不超過10% (優(yōu)選地不超過6%)。陽接頭構件具有陽接頭臨界截面(PCCS)，所述陽接頭臨界截面位于第二螺紋段的螺紋牙底處，所述螺紋牙底最靠近第一管的主體的端部。陽接頭臨界截面承受經(jīng)過陽接頭的所有螺紋傳遞的全部張力。陰接頭構件具有陰接頭臨界截面(BCCS)，所述陰接頭臨界截面位于第四螺紋段的螺紋牙底處，所述螺紋牙底最靠近第二管的主體的端部。陰接頭臨界截面承受經(jīng)過陰接頭的所有螺紋傳遞的全部張力。陰接頭構件具有陰接頭中間臨界截面(BICCS)，所述陰接頭中間臨界截面位于第三螺紋段的螺紋牙底處，所述螺紋牙底最靠近第二管的第二抵接部。陰接頭中間臨界截面承受經(jīng)過陰接頭的第三螺紋段傳遞的張力。陽接頭構件具有陽接頭中間臨界截面(PICCS)，所述陽接頭中間臨界截面位于第一螺紋段的螺紋牙底處，所述螺紋牙底最靠近第一管的第一抵接部。陽接頭中間臨界截面承受經(jīng)過陽接頭的第一螺紋段傳遞的張力。第一和第二管滿足以下關系:PCCS處于BCCS的大約±5%的范圍內(nèi)，并且PCCS和BCCS中的每一個均近似處于(BICCS+PICCS)的±5%的范圍內(nèi)。


因為當結合附圖考慮時通過參照以下詳細描述將更好地理解本發(fā)明，所以將易于更完全地了解本發(fā)明以及本發(fā)明的許多伴隨優(yōu)勢，附圖中:圖1是具有組裝在一起的陽管狀元件和陰管狀元件的接合件的剖視圖；圖2是在圖1中圖解的接合件的止擋肩部和單獨的密封部分的詳細的剖視圖；圖3是在圖1中圖解的接合件的螺紋切入部分中的一個的詳細的剖視圖；圖4是包括中心肩部和在陽接頭和陰接頭的終端附近的端部密封件的接合件的首丨J視圖;和圖5是陽截頭圓錐形螺紋段的型廓的沿著軸線Xl-Xl獲得的局部斷面圖。
具體實施例方式在以下描述中使用的某些術語僅僅是為了方便而非限制。術語“組件”或“接合件”或“聯(lián)結件”在以下描述中旨在具有相同的意義，除了在賦予特定術語其它意義的特定上下文中使用這些術語中的每一個的情況之外。術語“管道”旨在涵蓋當前存在或者易于投入工業(yè)使用的任何類型的管或管狀部件或者管狀配件。術語“抵接部”或者“抵接表面”或者“肩部”旨在在以下描述中具有相同的意義，除了在賦予特定術語其它意義的特定上下文中使用這些術語中的每一個的情況之外。在美國專利N0.5，687，999中描述的一種解決方案包括在螺紋部分的端部之外使得流體密封的兩個金屬對金屬的密封表面定位于接合件的內(nèi)端部和外端部處。美國專利N0.5，687，999的全部內(nèi)容在此均以援引的方式并入本發(fā)明，并且美國專利N0.5，687，999中的圖2和圖3重現(xiàn)為本公開的圖4和圖5。如圖4所示，在這個示例中，陽元件和陰元件均具有帶有兩個螺紋段的區(qū)域，陽元件I具有螺紋段4、5，而陰元件2具有螺紋段6、7，在所述螺紋段4、5和螺紋段6、7之間定位有環(huán)狀抵接表面或肩部24。這些螺紋段4、5和6、7的中間部分為截頭圓錐形。陽元件的兩個截頭圓錐形螺紋段4、5和陰元件的兩個截頭圓錐形螺紋段6、7在它們端部中的每一個處均具有消沒(vanishing)螺紋區(qū)域，在所述消沒螺紋區(qū)域中，螺紋的高度減小為零值。通過以下方式來減小螺紋高度:通過相對于陽元件或陰元件的軸線將螺紋牙頂機械加工成恒定的直徑，以產(chǎn)生所謂的退出螺紋部分；或者通過相對于軸線機械加工恒定直徑的螺紋牙底，以產(chǎn)生所謂的切入螺紋部分。通過組裝兩個陽元件和陰元件，它們的螺紋在對應的殼體中完全接合，在螺紋的中間部分中和具有消沒螺紋的端部區(qū)域中都完全接合。如圖4所示，在這些端部區(qū)域中，截頭圓錐形大直徑16、17或者截頭圓錐形小直徑18,19的聚合以及圓柱形小直徑20、21或者圓柱形大直徑22、23朝向外側或者朝向內(nèi)側限制消沒螺紋的牙頂和牙底，所述截頭圓錐形大直徑16、17或者截頭圓錐形小直徑18、19中的每一個均延長了螺紋的中間部分的表面?？梢园l(fā)現(xiàn)，這些圓柱形表面21和22的直徑之間的差異對應于組件3的中央?yún)^(qū)域中的環(huán)形抵接部或肩部24的徑向高度“D”。這種環(huán)形抵接部或肩部24通過使得陽元件I的表面和陰元件2的兩個表面相互抵靠在一起而上緊。在圖4圖解的接合件中，抵接部24沒有執(zhí)行任何緊密或密封功能。具體地，抵接部24在組件的所有正常操作條件下均沒有提供密封。替代地，將兩個流體密封的金屬對金屬密封表面27、28在螺紋部分的端部之外布置在接合件的內(nèi)端部和外端部處。如圖5所示，陽螺紋的諸如30的承載牙側具有母線，所述母線相對于垂直于元件的軸線Xl-Xl延伸的線具有大約-3°至-20°的負傾角。在旋擰時，這些具有負承載牙側的螺紋和抵接部24之間的協(xié)作使得能夠?qū)㈥栐蘒和陰元件2緊固在彼此上。這實際上消除了在螺紋處解體或者分離的風險。在圖4和圖5示出的連接件中，陽元件和陰元件上的垂直于Xl-Xl軸線的肩部(或抵接部)表面使得對于給定徑向差D增加了接合件的機械強度。因此，還能夠賦予陽元件I盡可能大的臨界厚度El并且賦予陰元件2盡可能大的臨界厚度E2。在中央?yún)^(qū)域(根據(jù)美國專利N0.5，687，999，由于該區(qū)域的剛度，因此如已經(jīng)解釋的那樣所述中央?yún)^(qū)域的表面的效率不令人滿意)中不存在金屬/金屬緊密表面使得能夠使兩個截頭圓錐螺紋段靠近彼此，并且因此根據(jù)所述專利改進陽元件和陰元件之間的接合作用。然而，在圖4所示的連接件中由于位于厚壁位置處的密封表面27和28占據(jù)的徑向空間，因此這種連接件的高密封性能沒有導致產(chǎn)生高拉伸效率。具體地，本申請人已經(jīng)確定圖4中示出的連接件的拉伸效率僅僅實現(xiàn)了拉伸效率的70%至80%。連接件的拉伸效率是螺紋的最小“臨界截面”與管道本體橫截面的比率并且限制了連接件的性能。另一方面，增加陽部分和陰部分的端部的厚度減小了中心肩部區(qū)域的尺寸，并且因此減小了連接件抗壓縮的能力。圖1至圖3圖解了示例連接件,所述示例連接件具有90%或者更好的拉伸效率。如在下文中更加詳細解釋的那樣，本示例沒有將中心肩部用作密封件。另一個方面，通過應用大肩部區(qū)域，本示例使得連接件的上緊扭矩和其抗壓縮能力最大化。本示例還應用了具有負承載牙側的螺紋，以避免在例如油井中在張力的作用下發(fā)生螺紋跳接。圖1示出了連接件，所述連接件包括第一管狀構件和第二管狀構件。第一管狀構件設置有管狀陽端部101而第二管狀構件設置有管狀陰端部102。第一管狀構件的管狀陽端部101稱作“陽接頭”，并且第二管狀構件的陰端部102稱作“陰接頭”。圖1中的示例是帶螺紋的半埋入式連接件，即，在兩個構件陽接頭101和陰接頭102為端部形成的情況下，在所述連接件中，陰接頭的外徑僅僅略微大于管道外徑。陽接頭101和陰接頭102中的每一個均包括錐形螺紋的兩個階梯部和筆直的中心肩部124。陽接頭包括小直徑螺紋段104和大直徑螺紋段105。陰接頭包括小直徑螺紋段106和大直徑螺紋段107。連接件具有內(nèi)螺紋部分(104，106)和外螺紋部分(105，107)。在這兩個部分之間，設有密封部分125和相異的肩部部分124。圖1示出的連接件的螺紋的構造與參照圖4和圖5的示例描述的構造相似。因此，螺紋的每個階梯部均在構件的自由端(終端)的一側上包括切入部分，而在相反的一側上包括退出部分。陽接頭101上的每個切入部分嚙合陰接頭102上的退出部分，而陰接頭102上的每個切入部分均嚙合陽接頭101上的退出部分。切入段和退出段可以是完全的切入/退出段或者是不完全的切入/退出段，即，在所述不完全的切入/退出段中，螺紋高度沒有減少為零。螺紋高度消沒率還可以沿著切入/退出段變化，以避免長螺紋部分。另外，如將參照圖3更加詳細討論的那樣，位于嚙合螺紋的切入段和退出段之間的過渡點可以不處于
同一位置。為了增加圖1中圖解的連接件的拉伸效率，除了在每個螺紋的端部處的具有切入部分和退出部分的兩階梯部連接件之外，本示例還包括連接件的四個臨界截面之間的特定平衡。這些截面包括陽接頭臨界截面(PCCS) 171、陰接頭中間臨界截面(BICCS) 172、陽接頭中間臨界截面(PICCS) 173、和陰接頭臨界截面(BCCS) 174。PCCS171是陽接頭(也稱作管狀陽端部)101的截面積，所述截面積承受經(jīng)過所有螺紋傳遞的全部張力并位于管狀陽端部101的與管狀陽端部101的自由端(終端)相反的端部處。BCCS174是陰接頭(也稱作管狀陰端部)102的截面積，所述截面積承受經(jīng)過所有螺紋傳遞的全部張力，并且位于所述管狀陰端部102的與所述管狀陰端部102的終端相反的端部處。BICCS172是管狀陰端部102的截面積，所述截面積承受經(jīng)過管狀陰端部102的外螺紋部分107傳遞的張力并且位于所述外螺紋部分107的與管狀陰端部102的自由端(終端)相反的端部處。PICCS是管狀陽端部101的截面積，所述截面積承受經(jīng)過管狀陽端部101的內(nèi)螺紋部分104傳遞的張力，并且位于內(nèi)螺紋部分104的與管狀陽端部101的自由端(終端)相反的端部處。如果在連接件的指出的這四個臨界截面中的一個處的截面積不夠高，則在該位置處將導致斷裂。PCCS和BCCS代表分別在陽接頭101和陰接頭102的端部附近發(fā)生斷裂的風險。PICCS和BICCS的總和代表因中心肩部124附近的張力發(fā)生斷裂的風險。本申請的發(fā)明人認識到通過滿足以下特定關系能夠?qū)崿F(xiàn)提高的拉伸效率:PCCS (BICCS+PICCS) BCCS在本示例中，符號“ ”指的是在土 5%的范圍內(nèi)相等。
本發(fā)明人認識到以上述方式平衡以上提及的四個臨界截面之間的效率使連接件的效率最大化并且保持Γ90%)，同時最大化肩部區(qū)域，以獲得更多的抗扭力并且仍然確保連接件的軸向性能。而且，臨界截面之間的關系能夠包括2%或甚至1%的較小的差異。優(yōu)選地，PICCS和BICCS的和大于PCCS和BCCS的最高值，以防止在中心肩部附近發(fā)生斷裂。如將參照在下文陳述的比較示例所討論的那樣，圖4圖解的連接件不遵循以上提及的臨界截面之間的關系。替代地，圖4中的連接件的特征在于低連接件臨界截面比率(當與管道橫截面相比時按照百分比)，因此連接件的拉伸效率(即，連接件比率中的最小比率)小于例如在圖1-3中陳述的拉伸效率。在圖4的連接件中，在陽元件I和陰元件2的厚端部處由密封表面27、28占據(jù)的徑向空間減小了 PCCS和BCCS。與之相比，圖1-3中的示例包括中心密封構造，所述中心密封構造允許陽接頭上的大直徑螺紋105和陰接頭上的小直徑螺紋106的厚端部較之圖4中的連接件而言更厚，而同時又沒有產(chǎn)生主要缺陷，并且因此確保了以上陳述的臨界截面之間的新型關系。如圖2所示，本示例的密封件125位于中央位置處，此外與肩部124間隔開并且與肩部124相異。陽接頭101上的密封表面152提供了一種沿著徑向方向的密封件，所述密封件具有位于陰接頭102上的密封表面162。分別位于陰接頭102和陽接頭103上的中心肩部表面154和164位于錐形螺紋的兩個階梯部之間并且形成止擋肩部。因此，當上緊連接件時，陽接頭和陰接頭的肩部表面154和164接合并且陽接頭和陰接頭的密封表面152和162由于它們之間的徑向過盈而緊密接觸。然而，即使在連接件沒有處于張力下時陽接頭和陰接頭上的肩部表面152和162能夠緊密接觸，肩部表面154和164也沒有設計為形成密封件。具體地，當陽接頭和陰接頭處于通常在正常操作期間經(jīng)歷的張力的作用下時，肩部表面154和164沒有形成密封件。代替圖4中的兩個終端密封件27、28，選擇圖1中的唯一中心密封件允許減小由密封件所占據(jù)的徑向空間并且增加PCCS、BCCS和/或肩部區(qū)域。這種選擇還致使連接件對于在過度涂潤滑脂、沒有將潤滑脂限制在終端密封件之間的情況中因潤滑脂壓力所導致的陽接頭和陰接頭發(fā)生跳接的風險不是那么敏感。密封件125的密封表面152和162能夠是兩個基本相同錐度的圓錐形表面，或者表面152和162中的一個能夠是凸起的隆起表面,例如，由介于IOmm和IOOmm之間的環(huán)半徑限定的圓環(huán)表面，而另一個表面能夠是圓錐形。能夠在兩個限值之間選擇圓錐形表面的錐度，一方面限制由密封件125所占據(jù)的徑向空間，而另一方面限制密封表面磨損的風險。例如，能夠選擇1/6 (16.7%)的密封錐度。如圖2所示，陰接頭和陽接頭的表面成形為在陽接頭上的表面153和陰接頭上的對應表面163之間提供徑向間隙181。這些表面不會也不能形成密封件。間隙181在施加外部載荷期間限制密封件125和止擋肩部124之間的相互作用。特別地，密封部分125與肩部124分開，以限制在拉緊和壓縮期間密封部分125上的肩部變形，并且由此以最大化連接件在循環(huán)載荷條件下的性能。間隙181的軸向間隙能夠例如從3mm至15mm，并且半徑間隙(半徑間隙是作為直徑差的直徑間隙的一半)能夠例如從0.125mm至0.4mm。在肩部124和較大的螺紋階梯部之間還設有分別位于陽接頭101上的圓柱形表面155和位于陰接頭102上的圓柱形表面165。在這些圓柱形表面155和165之間還總是設有徑向間隙182。圓柱形表面155和165沒有也不能形成密封件。間隙182是徑向間隙，在上緊時所述徑向間隙具有例如從0.1mm至2mm的間隙。第三間隙，S卩，間隙183位于密封件125和位于密封件125的與間隙181相反的一側上的螺紋之間。間隙183是徑向間隙，所述徑向間隙形成在分別位于陽接頭101上的圓柱形表面151和位于陰接頭102上的圓柱形表面161之間。在上緊時，間隙183具有例如0.1mm至2_的間隙。最小化間隙182、183可以增加(PICCS+BICCS)或者肩部區(qū)域，但是可能致使更加難以上緊連接件。如上所述，陽接頭和陰接頭的螺紋切入基于圖4中圖解的圓柱形-圓錐形連接件。圓柱形-圓錐形陽接頭在外螺紋段上的切入和圓柱形-圓錐形陰接頭在內(nèi)螺紋段上的切入如下使得肩部區(qū)域最大化:(圓柱形切入長度*螺紋錐度)/2=因一個切入螺紋部分所產(chǎn)生的肩部高度的增加值。當在肩部124的每個側部上(一個在陽接頭上，另一個在陰接頭上)均設有一個切入螺紋部分時，肩部高度的總共增加值將是因每個切入螺紋部分而產(chǎn)生的增加值的總和。圖3圖解了圖1圖解的接合件的螺紋切入部分中的一個的詳細的剖視圖。具體地，圖3圖解了陰接頭102的螺紋107的退出部分和陽接頭101的螺紋105的切入部分。線193和194代表遵循錐形路徑的線，而線191和192代表圓柱直徑。盡管切入螺紋部分中的陽接頭牙底位于由線192限定的圓柱形表面中，但是由于機械加工插入件的形狀，所述陽接頭牙底仍成錐形。嚙合的螺紋的切入段和退出段之間的過渡點不必處于同一位置。在圖3的示例中，陰接頭圓柱形牙頂和陰接頭錐形牙頂之間的過渡點用附圖標記J表示，并且陽接頭圓柱形牙底和陽接頭錐形牙底之間的過渡點用附圖標記K表示。切入部分的螺紋圓柱形長度能夠例如介于3至4個螺紋螺距之間。在圖3的連接件的情況下，當與標準切入螺紋牙底遵循隨后的線195的情況相比較時，附加數(shù)量的材料G能夠?qū)Ｓ糜诩绮扛叨?。螺紋錐度能夠從1/18 (5.555%)至1/8 (12.5%)。針對連接件的每個尺寸選擇螺紋錐度有助于:1、確保連接件PCCS (BICSS+PICCS) BCCS的效率；2、確保充分發(fā)展的螺紋區(qū)域，以避免跳接；和3、最大化肩部高度，以最大化扭矩能力和/或抗壓縮載荷或彎曲載荷的能力。螺紋錐度在兩個階梯狀的螺紋104 (106)和105 (107)之間能夠有所差異。內(nèi)螺紋部分和外螺紋部分的長度能夠相等或者有所差異，以最大化中間截面的效率。內(nèi)螺紋部分的長度能夠例如為外螺紋部分的100%至50%。另外，發(fā)展的全部螺紋區(qū)域能夠大于位于PCCS和BCCS之間的最低的臨界截面的130%而不大于250%。以下表格比較了根據(jù)圖4圖解的連接件制造的連接件的尺寸與根據(jù)圖1-3圖解的連接件制造的連接件的尺寸。表格I是使用圖1-3中圖解的連接件構造的四種不同的連接件的尺寸。如上所述，這種連接件能夠?qū)崿F(xiàn)90%或者更多的拉伸效率。如在表格I中所見，臨界截面應當具有從3%至低到1%的差異。在隨后的表格中，PBCS表示管體的標稱截面面積(=n* (外直徑-管道壁厚度)* (管道壁厚度))。還應該注意的是，肩部區(qū)域系統(tǒng)地大于25%。陰接頭上的外徑增加值限定了連接件的種類(埋入/半埋入/標準)并且有利地影響連接件和扭矩肩部區(qū)域的總體拉伸效率。如在表格I中所能夠看見的那樣，對于半埋入型連接件而言，示例是外徑增加值的可能范圍的更高的一側。
權利要求
1.一種螺紋管狀連接件，包括: 第一管，所述第一管包括從所述第一管的主體的端部延伸至所述第一管的終端的陽接頭構件，所述陽接頭構件包括外螺紋的兩個徑向偏置段，所述外螺紋的兩個徑向偏置段包括第一螺紋段和第二螺紋段，第一抵接表面將所述第一螺紋段和所述第二螺紋段分開，所述第一螺紋段位于所述第一管的所述終端和所述第一抵接表面之間，而所述第二螺紋段位于所述第一抵接表面和所述第一管的所述主體的所述端部之間；和 第二管，所述第二管包括從所述第二管的主體的端部延伸至所述第二管的終端的陰接頭構件，所述陰接頭構件包括內(nèi)螺紋的兩個徑向偏置段，所述內(nèi)螺紋的兩個徑向偏置段包括第三螺紋段和第四螺紋段，第二抵接表面將所述第三螺紋段和所述第四螺紋段分開，所述第三螺紋段位于所述第二管的所述終端和所述第二抵接表面之間，而所述第四螺紋段位于所述第二抵接表面和所述第二管的所述主體的端部之間， 其中，所述陽接頭構件包括陽接頭臨界截面(PCCS)，所述陽接頭臨界截面位于所述第二螺紋段的最靠近所述第一管的所述主體的端部的螺紋嚙合牙底處，所述陰接頭構件包括陰接頭臨界截面(BCCS)，所述陰接頭臨界截面位于所述第四螺紋段的最靠近所述第二管的所述主體的端部的螺紋嚙合牙底處，所述陰接頭構件包括陰接頭中間臨界截面(BICCS)，所述陰接頭中間臨界截面位于所述第三螺紋段的最靠近所述第二管的第二抵接部的螺紋嚙合牙底處，并且所述陽接頭構件包括陽接頭中間臨界截面(PICCS)，所述陽接頭中間臨界截面位于所述第一螺紋段的最靠近所述第一管的第一抵接部的螺紋嚙合牙底處，并且 其中所述第一管和所述第二管滿足以下關系: PCCS處于BCCS的近似±5%的范圍內(nèi)，并且 PCCS和BCCS中的每一個均處于(BICCS+PICCS)的近似±5%的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權利要求1所述的螺紋管狀連接件， 其中，所述陽接頭包括第一中央密封表面，所述第一中央密封表面位于所述第一螺紋段和所述第一抵接表面之間，并且所述陰接頭包括第二中央密封表面，所述第二中央密封表面位于所述第四螺紋段和所述第二抵接表面之間，并且 其中，在上緊狀態(tài)中，所述第一中央密封表面沿著徑向方向與所述第二中央密封表面接合，以便形成流體密封的密封件，所述密封件沿著所述螺紋管狀連接件的軸向方向延伸并且與所述第一抵接表面和所述第二抵接表面分離且不同。
3.根據(jù)權利要求2所述的螺紋管狀連接件，其中，在上緊狀態(tài)中，第一間隙部分使得所述流體密封的密封件沿著所述螺紋管狀連接件的軸向方向與所述第一抵接表面和所述第二抵接表面分開，所述陽接頭和所述陰接頭在所述第一間隙部分處沿著所述徑向方向相互間隔開，使得在所述陽接頭和所述陰接頭之間在所述第一間隙部分處形成第一間隙。
4.根據(jù)權利要求3所述的螺紋管狀連接件，其中，所述第一間隙包括從3mm至15mm的軸向間隙和從0.125mm至0.4mm的半徑間隙。
5.根據(jù)權利要求3所述的螺紋管狀連接件， 其中，在上緊狀態(tài)中，所述螺紋管狀連接件包括第二間隙部分，所述第二間隙部分在所述陰接頭上位于所述第二抵接表面和所述第三螺紋段之間，并且在所述陽接頭上位于所述第一抵接表面和所述第二螺紋段之間，所述陽接頭和所述陰接頭在所述第二間隙部分處沿著所述徑向方向相互間隔開，使得在所述陽接頭和所述陰接頭之間在所述第二間隙部分處形成第二間隙，并且 其中，在上緊狀態(tài)中，所述螺紋管狀連接件包括第三間隙部分，所述第三間隙部分在所述陰接頭位于所述第二中央密封表面和所述第四螺紋段之間，并且在所述陽接頭上位于所述第一中央密封表面和所述第一螺紋段之間，所述陽接頭和所述陰接頭在所述第三間隙部分處沿著徑向方向相互間隔開，使得在所述陽接頭和所述陰接頭之間在所述第三間隙部分處形成第三間隙。
6.根據(jù)權利要求1所述的螺紋管狀連接件，其中，所述第一、第二、第三和第四螺紋段均包括螺紋，所述螺紋具有負斜率的承載牙側。
7.根據(jù)權利要求1所述的螺紋管狀連接件，其中，所述第一、第二、第三和第四螺紋段均為截頭圓錐形，并且均包括在第一端部上的切入螺紋部分、在第二端部上的退出螺紋部分和位于所述切入螺紋部分和所述退出螺紋部分之間的全高度螺紋部分。
8.根據(jù)權利要求7所述的螺紋管狀連接件，其中，所述第一、第二、第三和第四螺紋段中的每一個的錐度均處于1/18至1/8的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權利要求7所述的螺紋管狀連接件，其中，所述第一、第二、第三和第四螺紋段中的至少一個的所述退出螺紋部分是局部退出螺紋。
10.根據(jù)權利要求7所述的螺紋管狀連接件，其中，所述第一螺紋段和所述第四螺紋段的長度等于所述第二螺紋段和所述第三螺紋段的長度。
11.根據(jù)權利要求7所述的螺紋管狀連接件，其中，所述第一螺紋段和所述第四螺紋段的長度處于所述第二螺紋段和所述第三螺紋段的長度的50%至100%的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權利要求1所述的螺紋管狀連接件，其中，PCCS和BCCS的每一個均處于(BICCS+PICCS)的近似±3% 的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權利要求1所述的螺紋管狀連接件，其中，PCCS和BCCS的每一個均處于(BICCS+PICCS)的近似±2%的范圍內(nèi)。
14.根據(jù)權利要求1所述的螺紋管狀連接件，其中，(BICCS+PICCS)大于PCCS和BCCS。
15.根據(jù)權利要求1所述的螺紋管狀連接件，其中，所述螺紋管狀連接件的拉伸效率至少為90%。
16.一種螺紋半埋入式連接件，包括: 第一管狀構件，所述第一管狀構件包括管狀陽端部；和 第二管狀構件，所述第二管狀構件包括管狀陰端部，所述管狀陽端部和所述管狀陰端部均包括錐形螺紋的兩個階梯部和筆直中心肩部，所述錐形螺紋的兩個階梯部均包括內(nèi)螺紋部分和外螺紋部分，密封部分和相異的肩部部分位于所述內(nèi)螺紋部分和所述外螺紋部分之間，所述錐形螺紋的兩個階梯部包括位于所述第一管狀構件和所述第二管狀構件中的相應一個的終端的一側上的切入部分和位于相反一側上的退出部分，所述第一管狀構件上的每個切入部分均嚙合所述第二管狀構件上的退出部分，而所述第二管狀構件上的每個切入部分均嚙合所述第一管狀構件上的退出部分，所述管狀陰端部的外徑比所述第一管狀構件和所述第二管狀構件的標稱外徑大不超過10%， 其中，所述管狀陽端部包括承受經(jīng)過所述管狀陽端部的所有螺紋傳遞的全部張力并且位于所述管狀陽端部的與所述管狀陽端部的終端相反的端部處的截面積(PCCS)，所述管狀陰端部包括承受經(jīng)過所述管狀陰端部的所有螺紋傳遞的全部張力并且位于所述管狀陰端部的與所述管狀陰端部的終端相反的端部處的截面積(BCCS)，所述管狀陰端部包括承受經(jīng)過所述管狀陰端部的外螺紋部分傳遞的張力并且位于所述外螺紋部分的與所述管狀陰端部的終端相反的端部處的截面積(BICCS)，而所述管狀陽端部包括承受經(jīng)過所述管狀陽端部的內(nèi)螺紋部分傳遞的張力并且位于所述內(nèi)螺紋部分的與所述管狀陽端部的終端相反的端部處的截面積(PICCS)，并且 其中，所述第一管狀構件和所述第二管狀構件滿足以下關系: PCCS處于BCCS的近似±5%的范圍內(nèi)，并且 PCCS和BCCS中的每一個均處于(BICCS+PICCS)的近似±5%的范圍內(nèi)。
17.根據(jù)權利要求16所述的螺紋半埋入式連接件，其中，PCCS和BCCS中的每一個均處于(BICCS+PICCS)的近似±3%的范圍內(nèi)。
18.根據(jù)權利要求16所述的螺紋半埋入式連接件，其中，PCCS和BCCS中的每一個均處于(BICCS+PICCS)的近似±2%的范圍內(nèi)。
19.根據(jù)權利要求16所述的螺紋半埋入式連接件，其中，(BICCS+PICCS)大于PCCS和BCCS。
20.根據(jù)權利要求16所述的螺紋半埋入式連接件，其中，所述半埋入式連接件的拉伸效率至少為90%。
21.根據(jù)權利要求7所述的螺紋管狀連接件，其中，所述第一螺紋段的錐度與所述第二螺紋段的錐度不同。`
22.根據(jù)權利要求7所述的螺紋管狀連接件，其中，所述第一、第二、第三和第四螺紋段中的至少一個的切入螺紋部分是局部切入螺紋。
23.根據(jù)權利要求16所述的螺紋半埋入式連接件，其中，所述管狀陰端部的外徑比所述第一管狀構件和所述第二管狀構件的標稱外徑大不超過6%。
全文摘要
提供了一種包括第一管和第二管的螺紋管狀連接件。第一管包括陽接頭構件，所述陽接頭構件從第一管的主體的端部延伸至第一管的終端。第二管包括陰接頭構件，所述陰接頭構件從第二管的主體的端部延伸至第二管的終端。陽接頭臨界截面的橫截面面積處于陰接頭的陰接頭臨界截面的橫截面面積的近似±5%的范圍內(nèi)。陽接頭臨界截面和陰接頭臨界截面中的每一個的橫截面面積均處于陰接頭構件的陰接頭中間臨界截面的橫截面面積和陽接頭構件的陽接頭中間臨界截面的橫截面面積的和的近似±5%的范圍內(nèi)。
文檔編號F16L15/00GK103140645SQ201180040611
公開日2013年6月5日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權日2010年8月23日
發(fā)明者R·埃爾德, B·馬隆 申請人:瓦盧萊克曼內(nèi)斯曼油氣法國公司, 新日鐵住金株式會社