用于生產(chǎn)用于鉆探和運(yùn)行油氣井的螺紋連接件的組件以及所得到的螺紋連接件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于鉆探和/或運(yùn)行油氣井的螺紋連接件，W及更準(zhǔn)確地設(shè)及當(dāng) 連接件在壓縮/拉伸情況下工作時(shí)優(yōu)化連接件在效率和密封方面的整體性能。
【背景技術(shù)】
[0002] 術(shù)語"螺紋連接件"意思為通過一些部件所構(gòu)造的任一組件，運(yùn)些部件是大致地 管狀形狀的、金屬的且能夠通過W特定的目的裝配W構(gòu)造用于鉆探油氣井的桿、或者用于 維護(hù)的豎管（也稱之為修井豎管）、或者用于運(yùn)行運(yùn)樣的井的豎管（例如在運(yùn)行井中所使用 的豎管、套管柱或者油管柱）而連接在一起。
[0003] 每個(gè)管狀部件包括具有陽螺紋區(qū)域或者陰螺紋區(qū)域并用于與類似部件的相應(yīng)的 端部部分裝配的端部部分。當(dāng)被組裝時(shí)，所述部件裝配成所謂的連接件。
[0004] 連接件的該管狀螺紋元件在預(yù)設(shè)的載荷下被組裝W響應(yīng)由使用情況所強(qiáng)加的過 盈配合和密封的要求。此外，應(yīng)當(dāng)注意的是管狀螺紋元件特別在使用時(shí)可能必須經(jīng)歷幾個(gè) 裝配-脫開循環(huán)。
[0005] 該管狀螺紋元件所使用的情況引起作用在例如螺紋區(qū)域、抵靠區(qū)域或者密封表面 的那些元件的易損壞部分上的大量的機(jī)械載荷。
[0006] 為此，連接件設(shè)計(jì)規(guī)范很復(fù)雜，要求同時(shí)考慮許多參數(shù)。因此，建議維持連接件的 效率W及承載密封表面的管狀元件的區(qū)域的厚度，W及應(yīng)當(dāng)最小化當(dāng)連接件在壓縮/拉伸 情況下運(yùn)行時(shí)密封接觸點(diǎn)移位的風(fēng)險(xiǎn)。
[0007] 通過文獻(xiàn)WO2008/110494中所描述的連接件而已經(jīng)開發(fā)出一種解決方案。該連 接件的特征在于陽端部和/或陰端部包括具有在密封表面的正前方在螺紋排出部所布置 的凹槽的唇緣。凹槽可用于減小所述端部的厚度，且同時(shí)按W下方式減小徑向的剛度，使得 在凹槽附近的區(qū)域易于通過施加在其上的壓力徑向變形。運(yùn)就意味著在密封表面之間的接 觸可被保持。
[000引然而，測試已經(jīng)表明運(yùn)種類型的凹槽的軸向長度太長，運(yùn)意味著在凹槽附近的區(qū) 域的徑向變形經(jīng)常地超出彈性區(qū)。該區(qū)域的塑化經(jīng)常發(fā)生，因而導(dǎo)致唇緣彎曲并因此在密 封表面處引起接觸損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為此，本發(fā)明的目的是在連接件在彎曲情況下運(yùn)行時(shí)或者在管狀元件的端部受到 徑向壓力時(shí)防止在端部附近的彎曲的風(fēng)險(xiǎn)。更特別地，本發(fā)明適用于在連接件具有徑向過 盈配合的螺紋和具有燕尾形螺紋輪廓的情況下限制凹槽的最大軸向長度。
[0010] 更準(zhǔn)確地，本發(fā)明設(shè)及一種用于生產(chǎn)螺紋連接件的組件，該組件包括具有回轉(zhuǎn)軸 線的第一和第二管狀元件，且每個(gè)管狀元件分別地在它們端部的一個(gè)處依賴于螺紋端部是 陽型還是陰型而在元件的外部或者內(nèi)部圓周表面上具有遵循第一螺旋線的至少一個(gè)第一 連續(xù)螺紋區(qū)域，上述管狀元件在裝配時(shí)能夠配合一起，端部的第一螺紋區(qū)域具有可變寬度 的燕尾形螺紋輪廓，所述端部分別在終端表面中結(jié)束，至少一個(gè)端部具有設(shè)置在螺紋區(qū)域 和終端表面之間的唇緣，所述唇緣承載密封表面，該密封表面在連接件處于裝配狀態(tài)中時(shí) 能夠W密封過盈配合與面向另一端部布置的相應(yīng)的密封表面配合，其特征在于所述唇緣被 挖出一凹槽，該凹槽一方面郵連螺紋區(qū)域另一方面郵連密封表面，凹槽的長度（GL)計(jì)算如 下：
陽01引其中：
[0014] 是承載牙側(cè)的螺距數(shù)值；
[0015] S化是插入牙側(cè)的螺距數(shù)值；
[0016] 化是螺紋長度；
[0017] RLP是參考位置長度；
[0018] n是在螺紋中的螺旋線的數(shù)量。
[0019] 本發(fā)明的可選補(bǔ)充特征或者可替代的特征在W下說明。
[0020] 參數(shù)L化、S化、化、RPL和n的數(shù)值可限定如下：
[0021] 4mm<LFL<20mm;
[0022] 4mm<SFL<20mm；
[0023] 20mm<TL<300mm；
[0024] 10mm<RLP<150mm; 陽0 巧]Kn<4。
[0026] 參數(shù)L化、S化、化、RPL和n的數(shù)值可限定如下：
[0027] IOmnKLFlXl了mm;
[0028] 10mm<SPL<l了mm ;
[0029] 40mm<TL< 160mm ；
[0030] 20mm<RLP<80mm ；
[0031] n= 2。
[0032] 端部的第一螺紋區(qū)域可包括具有可變寬度的自鎖式的燕尾形螺紋輪廓。
[0033] 端部的第一螺紋區(qū)域可包括具有近零可變寬度的燕尾形螺紋輪廓，W使：
[0034]LFL=SFL=P(螺紋的螺距）。
[0035] 在通過回轉(zhuǎn)軸線的縱向截面中觀察到，凹槽可包括經(jīng)由第一傾斜部分連接至螺紋 區(qū)域且經(jīng)由第二傾斜部分連接至包括密封表面的區(qū)域的環(huán)狀部分。
[0036] 凹槽的厚度可比唇緣的厚度小0. 2至2. 5mm的數(shù)量（P)。
[0037] 第一傾斜部分可與連接件的回轉(zhuǎn)軸線形成在20°至75°范圍內(nèi)的角度a。
[0038] 第二傾斜部分可與連接件的回轉(zhuǎn)軸線形成在5°至90°范圍內(nèi)的角度0。
[0039] 唇緣的密封表面可W是具有在30至IOOmm范圍內(nèi)的半徑的半球形表面，同時(shí)相應(yīng) 的密封表面為錐形表面，該錐形表面的半峰角的正切在0. 025至0. 25范圍內(nèi)，即錐度在5% 至50%的范圍內(nèi)。 W40] 在陽螺紋的頂部和陰螺紋的根部之間可設(shè)置0. 05至0. 5mm范圍內(nèi)的徑向間隙 TRG。
[0041] 螺紋區(qū)域可具有在1至15度范圍內(nèi)、優(yōu)選地在5至8度范圍內(nèi)的負(fù)的插入牙側(cè)角 度SFA。
[0042] 螺紋區(qū)域可具有在1至15度范圍內(nèi)、優(yōu)選地在5至8度范圍內(nèi)的負(fù)的承載牙側(cè)角 度LFA。
[0043] 每個(gè)端部的螺紋區(qū)域可沿著具有在5%至25%范圍內(nèi)的斜度的同一錐體母線延 伸，優(yōu)選地斜度在10%至18%范圍內(nèi)。
[0044] 管狀元件的端部的每個(gè)可包括多頭型的在另一螺旋線上所產(chǎn)生的至少一個(gè)第二 連續(xù)螺紋區(qū)域。
[0045] 本發(fā)明還設(shè)及一種通過裝配根據(jù)本發(fā)明的組件所得到的螺紋連接件。
【附圖說明】
[0046] 參考附圖，在W下的說明書中更詳細(xì)地公開本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)。
[0047] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的由通過裝配而連接兩個(gè)管狀元件所得到的連 接件的縱向截面示意圖；
[0048] 圖2A和2B均是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的通過裝配而連接兩個(gè)管狀元件所得到 的連接件的螺紋區(qū)域的細(xì)節(jié)的縱向截面示意圖；
[0049] 圖3A和3B均是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的通過裝配而連接兩個(gè)管狀元件所得到 的連接件的螺紋區(qū)域的細(xì)節(jié)的縱向截面示意圖；W及
[0050] 圖4是本發(fā)明的詳細(xì)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0051] 圖1示出了用于生產(chǎn)螺紋連接件的組件，其包括具有回轉(zhuǎn)軸線10的第一和第二管 狀元件。其中一個(gè)元件具有稱之為陽端部1的端部，陽端部1包括在元件的外部圓周表面 上產(chǎn)生且遵循第一螺旋線的第一連續(xù)螺紋區(qū)域3。術(shù)語"連續(xù)螺紋區(qū)域"意思是螺紋區(qū)域在 螺紋中沒有中斷。
[0052] 在一變型中，可能在端部1上設(shè)置遵循第二螺旋線的第二螺紋區(qū)域，當(dāng)然，要當(dāng)屯、 的是第一和第二螺紋區(qū)域是同步的W容許裝配。
[0053] 另一元件具有被稱之為陰端部2的端部，陰端部2包括在元件的內(nèi)部圓周表面上 產(chǎn)生且遵循第一螺旋線的第一連續(xù)螺紋區(qū)域4。術(shù)語"連續(xù)螺紋區(qū)域"意思是螺紋區(qū)域4在 螺紋中沒有中斷。
[0054] 在一變型中，可能在端部2上設(shè)置遵循第二螺旋線的第二螺紋區(qū)域，當(dāng)然，要當(dāng)屯、 的是第一和第二螺紋區(qū)域是同步的W容許裝配。 陽化5] 連續(xù)螺紋區(qū)域3和4在裝配時(shí)分別能夠配合在一起。
[0056]端部1和2在終端表面7和8中分別地終止。每個(gè)終端表面在裝配期間可抵靠或 者不抵靠在另一管狀元件的端部上設(shè)置的相應(yīng)的抵靠表面。
[0057]密封表面5在陽端部I上的唇緣12上設(shè)置，所述唇緣被限定為一方面通過螺紋區(qū) 域3而另一方面通過終端表面7劃界的端部1的外部圓周表面的一部分。當(dāng)連接件處于裝 配狀態(tài)時(shí)，上述密封表面能夠W密封過盈配合與設(shè)置在陰端部2上的相應(yīng)的密封表面6配 厶 1=1 O
[0058] 圖1還示出了陽端部1的厚度ep，還稱之為陽端部1的臨界截面，其不是由所述端 部的外部直徑ODp和內(nèi)部直徑I化之間的差值限定，而是在螺紋區(qū)域3的基部處（即在最 后的螺紋處）限定。同樣地，陰端部2的厚度eb，還稱之為陰端部2的臨界截面，不是由陰 端部的外部直徑0抓和內(nèi)部直徑I化之間的差值限定，而是在螺紋區(qū)域4的基部處（即在 最后的螺紋處）限定。
[0059]因此，陽端部的臨界截面由陽端部1的厚度ep限定，并且陰端部的臨界截面由陰 端部2的厚度eb限定，所述臨界截面實(shí)際上是由陽端部或者陰端部的在具有厚度ep和eb 的區(qū)域處的橫截面所形成的表面。
[0060]因此，連接件的效率限定為等于在陽端部的臨界截面和陰端部的臨界截面之間的 最小數(shù)值和管的普通截面之間的比值。自然地，管的普通截面必須取自在距螺紋區(qū)域一定 距離處所測量的螺紋元件的厚度。該厚度因此是對于陽元件和對于陰元件而言是固定的。 和由ODp和I化之間的差值計(jì)算一樣，該厚度可同樣地由0抓和I化之間的差值計(jì)算。連 接件的效率的概念與連接件的疲勞強(qiáng)度有關(guān)系。
[0061]根據(jù)本發(fā)明且如圖2A、2B、3A和3B中所示的，螺紋區(qū)域3和4具有在通過軸線10 的縱向截面中所觀察的"燕尾形"螺紋輪廓。運(yùn)意味著陽螺紋區(qū)域3的螺紋34的插入牙側(cè) 35和承載牙側(cè)36都是負(fù)的。
[0062] 同樣地，陰螺紋區(qū)域4的螺紋44的插入牙側(cè)45和承載牙側(cè)46也是負(fù)的。燕尾形 輪廓意味為當(dāng)裝配連接件在載荷情況下或者當(dāng)它在彎曲情況下運(yùn)行時(shí)可避免螺紋跳出。
[0063] 根據(jù)本發(fā)明且如可在圖3A和3B中所看出的，螺紋區(qū)域3和4具有"可變寬度"的 螺紋輪廓。運(yùn)意味為陽螺紋牙側(cè)（或齒）34W及陰螺紋牙側(cè)（或齒）44都具有固定的螺距， 同時(shí)螺紋的寬度沿著各自終端表面的方向減小。 W64] 更準(zhǔn)確地，在陰螺紋區(qū)域的承載牙側(cè)46之間的螺距是常數(shù)，在陰螺紋區(qū)域的 插入牙側(cè)45之間的螺距S化也是常數(shù)，該常數(shù)具有特別的特征，即承載牙側(cè)之間的螺距大 于插入牙側(cè)之間的螺距。 W65] 同樣地，在陽插入牙側(cè)35之間的螺距S化是常數(shù)，在陽承載牙側(cè)36之間的螺距L化也是常數(shù)。此外，陽插入牙側(cè)35和陰插入牙側(cè)45的各自的螺距S化彼此相等且小于繼 而也是相互相等的陽承載牙側(cè)36和陰承載牙側(cè)46的各自的螺距LFL。
[0066]和傳統(tǒng)的一樣，螺紋的寬度和牙側(cè)之間的螺距一樣是在螺紋半高處測量的。
[0067]在不同的變型中，螺紋區(qū)域3和4可W是或不是自鎖式的。在自鎖式螺紋的情況 下，陽或者陰螺紋（或齒）最終在裝配結(jié)束時(shí)在預(yù)定位置一個(gè)鎖定至另一個(gè)中。 W側(cè)在非自鎖式螺紋的情況下，連接件可包括內(nèi)部的和/或外部的抵靠部W使承載牙 側(cè)和/或插入牙側(cè)不接觸。
[0069]根據(jù)本發(fā)明，在螺紋區(qū)域3和密封表面5之間在唇緣12上具有短長度化的凹槽 11。術(shù)語"短長度"意思為凹槽11相對于現(xiàn)有技術(shù)在減小的長度上延伸，并且具有如下所 確定的最大數(shù)值：
陽07U 其中：