專利名稱：抗壓性能提高的油田用管狀接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油田用管狀螺紋接頭，更特別地涉及具有錐形螺紋和扭矩臺(tái)肩 (torque shoulder)的高可靠性接頭。油田用管狀螺紋接頭具有使抗壓性能和容許扭轉(zhuǎn)負(fù) 荷增大的特征，更特別地，管狀接頭限制了預(yù)加載損耗。
背景技術(shù)：
與油田用管狀接頭相關(guān)的常見(jiàn)問(wèn)題在于壓力對(duì)接頭的影響以及所造成的預(yù)加載 的損耗。盡管許多接頭能夠經(jīng)受高壓縮負(fù)荷，預(yù)加載的優(yōu)點(diǎn)會(huì)在壓力降低時(shí)喪失，導(dǎo)致接頭 滲漏。常見(jiàn)的油田用接頭包括位于不同直徑上的兩階梯式軸向隔開(kāi)的螺紋，以及位于階梯 螺紋之間的中間扭矩臺(tái)肩。未鐓粗的整體式接頭(例如，平式或半平式外徑接頭)在其加工時(shí)具有管壁厚度 的固有限制。平式接頭具有與管子相同的外徑。半平式接頭也稱作膨脹母接頭，因?yàn)楣茏?在加工陰(母)接頭的一端膨脹。與鐓鍛不同，模鍛或冷成型可以將壁部移動(dòng)到不同的位 置，但不會(huì)顯著影響厚度。接頭設(shè)計(jì)人員經(jīng)常面臨需要平衡許多特征的問(wèn)題。這包括密封 件、耐用的螺紋形狀以及儲(chǔ)存預(yù)加載扭矩的位置，最通常地為扭矩臺(tái)肩形式。在保持接頭性 能同時(shí)將這些特征容納在有限空間內(nèi)是相當(dāng)困難的。市場(chǎng)上存在一些整體式、兩階梯式、負(fù)承載牙側(cè)、錐形、雙密封接頭。GP ANJO包括 負(fù)承載牙側(cè)螺紋形狀、兩階梯式、錐形螺紋螺距、15度扭矩臺(tái)肩角、內(nèi)密封和位于陰螺紋端 面處的外密封。Hydril SLX具有負(fù)承載牙側(cè)螺紋形狀、兩階梯式、錐形螺紋螺距、15度扭矩 臺(tái)肩角、內(nèi)密封和位于小階梯上的外密封中部接頭。VAM SLIJII接頭具有負(fù)承載牙側(cè)螺紋 形狀、兩階梯式、錐形螺紋螺距、豎直的扭矩臺(tái)肩角、內(nèi)密封和位于陰螺紋端面處的外密封。 市場(chǎng)上還存在整體式、單階梯式、負(fù)承載牙側(cè)、錐形、單密封接頭。Hydril 523接頭具有負(fù)承 載牙側(cè)燕尾螺紋形狀、負(fù)對(duì)扣牙側(cè)燕尾螺紋形狀、單階梯、錐形螺紋螺距、由承載牙側(cè)和對(duì) 扣牙側(cè)同步嚙合獲得的扭矩臺(tái)肩、內(nèi)密封和由螺紋潤(rùn)滑劑和螺紋牙形提供的外密封。這些 接頭由于其使用對(duì)扣牙側(cè)作為止推臺(tái)肩而稱作楔形螺紋。已經(jīng)存在在最終裝配位置具有承載牙側(cè)和對(duì)扣牙側(cè)嚙合的螺紋。這些包括API接 頭，所述API接頭包括通常稱作8牙圓(eight-round)的LTC和STC。這些稱作牙側(cè)對(duì)牙側(cè) 螺紋。Grant Prideco的TC-II接頭生產(chǎn)線具有承載和對(duì)扣牙側(cè)嚙合。這些螺紋由于滑脫 而在整體式接頭中大量棄用?；撌菫槿嵝愿蟮慕宇^，例如整體接頭所特有的現(xiàn)象。當(dāng) 這些接頭承受高拉伸載荷，螺紋由于作用在承載牙側(cè)上的徑向反作用力而脫離和斷開(kāi)。負(fù) 承載牙側(cè)形狀解決了該問(wèn)題。普通螺紋形狀包括齒根對(duì)齒頂接觸。這為大部分負(fù)承載牙側(cè)螺紋以及包括偏梯形螺紋形狀的一部分API接頭所共有。缺少負(fù)承載牙側(cè)使該形狀不為整體接頭所希望。在缺 少楔部的情況下，負(fù)承載牙側(cè)和齒根對(duì)齒頂螺紋形狀是用于高性能整體接頭的最常見(jiàn)的螺 紋形狀。這種螺紋形狀的薄弱部在對(duì)扣牙側(cè)間隙中。這為防止粘扣所必需，但是限制了其 抗壓、抗彎和抗扭性能。
最后，楔形螺紋使用不同的承載和對(duì)扣牙側(cè)導(dǎo)程以在裝配期間產(chǎn)生牙側(cè)對(duì)牙側(cè)和 /或齒根對(duì)齒頂嚙合，同時(shí)避免正或負(fù)牙側(cè)角下的粘扣。這種螺紋形狀的缺點(diǎn)是缺少與其位 置和對(duì)金屬與金屬密封的影響相關(guān)的裝配重復(fù)性。這可以用長(zhǎng)、低錐形密封件進(jìn)行補(bǔ)償，所 述密封件具有較低的干涉變化性和較高的軸向位置變化性。通過(guò)與承載牙側(cè)同時(shí)嚙合的螺 旋抗壓牙側(cè)連同負(fù)承載牙側(cè)角獲得高抗壓、抗彎和抗扭強(qiáng)度，從而避免滑脫和選擇用于附 加徑向支撐的負(fù)對(duì)扣牙側(cè)。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，下面將披露改進(jìn)的油田用管狀接頭，其使用改進(jìn) 的扭矩臺(tái)肩以限制壓縮對(duì)預(yù)加載損失的影響。
發(fā)明內(nèi)容
接頭包括螺旋扭矩臺(tái)肩以限制壓縮對(duì)預(yù)加載損失的影響。接頭可以用于錐形的兩 階梯式接頭，其中，扭矩臺(tái)肩是中部階梯并且可以包含齒根對(duì)齒頂接觸、負(fù)承載牙側(cè)螺紋形 狀。具有可獲得扭矩臺(tái)肩的有限材料的接頭，例如平式和半平式整體接頭可以明顯受益于 這些特征。螺旋轉(zhuǎn)矩臺(tái)肩和位于扭矩臺(tái)肩螺紋上的嚙合抗壓牙側(cè)在有限的徑向間隔的情況 下增大了軸向承壓面積?？梢岳寐菪D(zhuǎn)矩臺(tái)肩的軸向長(zhǎng)度和承壓表面實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。在一個(gè)實(shí)施例中，油田用管狀螺紋接頭包括公構(gòu)件，其具有第一徑向外螺紋和與 所述第一徑向外螺紋軸向隔開(kāi)的第二徑向外螺紋。接頭包括母構(gòu)件，其具有第三徑向內(nèi)螺 紋和與所述第三徑向內(nèi)螺紋軸向隔開(kāi)的第四徑向內(nèi)螺紋，在接頭裝配時(shí)，第一螺紋與第三 螺紋配合，第二螺紋與第四螺紋配合。公構(gòu)件螺旋扭矩臺(tái)肩布置在第一和第二螺紋之間并 且由多個(gè)螺旋中間螺紋形成。母構(gòu)件螺旋扭矩臺(tái)肩同樣布置在第三和第四螺紋之間并且由 多個(gè)螺旋螺紋形成。當(dāng)接頭裝配時(shí)，公構(gòu)件螺旋扭矩臺(tái)肩螺紋與母構(gòu)件螺旋扭矩臺(tái)肩螺紋 配合。本發(fā)明的這些及其它特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)下列詳細(xì)說(shuō)明變得顯而易見(jiàn)，其中，參考 下列附圖。
圖1是油田用管狀接頭的公母螺紋的剖視圖。圖2是右側(cè)螺旋扭矩臺(tái)肩和左側(cè)螺紋之間間隙的剖視圖。注意螺紋上的對(duì)扣牙側(cè) 間隙和螺旋扭矩臺(tái)肩上的承載牙側(cè)間隙。圖3顯示了位于螺旋扭矩臺(tái)肩中心部分的螺紋根部平面以下的止推臺(tái)肩的可選 特征。圖4顯示了公母螺紋的初始嚙合。圖5顯示了公母螺紋的進(jìn)一步嚙合。圖6更詳細(xì)地顯示了如右側(cè)所示螺旋扭矩臺(tái)肩中的間隙和如左側(cè)所示螺紋中的 間隙。圖7更詳細(xì)地顯示了當(dāng)接頭完全裝配時(shí)，用于具有如右側(cè)所示螺旋扭矩臺(tái)肩和如 左側(cè)所示螺紋的另一螺紋形狀的間隙。圖8顯示了用于止推臺(tái)肩的徑向距離。圖9顯示了可選接頭以及用于中間部分的不同錐形和螺紋形狀以有助于對(duì)扣間隙。圖10顯示了可選設(shè)計(jì)，顯示了在接頭完全裝配之前位于右側(cè)的螺旋扭矩臺(tái)肩和位于左側(cè)的螺紋。
具體實(shí)施例方式圖1顯示了具有位于兩階梯式螺紋接頭的錐形螺紋之間的螺旋扭矩臺(tái)肩區(qū)段的 油田用管狀接頭。位于中間的第三組螺紋起到螺旋扭矩臺(tái)肩的作用。油田用管狀螺紋接頭 10包括公構(gòu)件12，其具有第一外部錐形螺紋14和與所述第一外部錐形螺紋軸向隔開(kāi)的第 二外部錐形螺紋16。接頭還包括母構(gòu)件22，其具有與第一外部錐形螺紋14配合的第一內(nèi) 部錐形螺紋24和與第二外部錐形螺紋16配合的第二內(nèi)部錐形螺紋26。接頭包括位于公構(gòu) 件和母構(gòu)件中的每一個(gè)上且與各自的第一和第二螺紋軸向隔開(kāi)的螺旋扭矩臺(tái)肩。螺旋扭矩 臺(tái)肩的每個(gè)螺旋部(helix)包括在接頭裝配時(shí)位于彼此嚙合的公構(gòu)件和母構(gòu)件上的多個(gè) 具有抗壓牙側(cè)的旋轉(zhuǎn)體(revolutions)。如圖2詳細(xì)顯示的那樣，當(dāng)接頭組裝時(shí)，位于中間組螺紋上的對(duì)扣或抗壓牙側(cè)30、 32嚙合，同時(shí)位于第一和第二組螺紋上的抗拉牙側(cè)34、36嚙合。圖2顯示了公構(gòu)件上的螺 旋扭矩臺(tái)肩的螺紋40之一和母構(gòu)件上的螺旋扭矩臺(tái)肩的另一螺紋42之一。公構(gòu)件上的螺 旋扭矩臺(tái)肩是沿著多個(gè)旋轉(zhuǎn)體與母構(gòu)件上的類似連續(xù)臺(tái)肩相嚙合的連續(xù)臺(tái)肩。圖2顯示了 三組螺紋的對(duì)稱性和輪廓，以及功能的不同之處。位于圖2右側(cè)的中間部分形成螺旋扭矩 臺(tái)肩并與對(duì)扣或抗壓牙側(cè)嚙合。螺旋扭矩臺(tái)肩40、42具有沿著錐形平面布置的螺紋槽，所 述錐形平面相對(duì)于公構(gòu)件外螺紋的平面徑向向外布置，所述公構(gòu)件外螺紋的平面在扭矩臺(tái) 肩和公構(gòu)件前端之間軸向間隔布置。其他兩個(gè)階梯中的每一階梯與承載或抗拉牙側(cè)嚙合， 如圖2左側(cè)所示。圖3顯示了可選特征，其中，設(shè)置位于螺紋根部平面32下面的止推臺(tái)肩區(qū)30。對(duì) 扣牙側(cè)還可作為止推臺(tái)肩使用。可以使用這個(gè)可選特征以利用止推臺(tái)肩的不對(duì)稱特征增大 對(duì)扣牙側(cè)的螺旋表面面積?？梢栽谙嗤奈恢梅磸?fù)裝配接頭，從而增強(qiáng)了金屬對(duì)金屬密封 件的密封可靠性。本發(fā)明利用螺旋臺(tái)肩或第三螺紋獨(dú)立地增大由除了標(biāo)準(zhǔn)徑向扭矩臺(tái)肩的裝置所 獲得連接的抗壓和抗扭性能。對(duì)于兩階梯式螺紋接頭來(lái)說(shuō)，螺旋扭矩臺(tái)肩優(yōu)選地為中間階 梯并且提供第三螺紋。對(duì)于上游和下游抗拉階梯來(lái)說(shuō)，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)負(fù)承載牙側(cè)、齒根對(duì)齒頂螺 紋形狀可以保持不變。螺紋形狀的柔性允許中心階梯獲得抗壓性能。在一個(gè)實(shí)施例中，在所 有三個(gè)階梯上使用相同的形狀、錐角和導(dǎo)程，具有可選的止推臺(tái)肩。由于齒根對(duì)齒頂接觸， 螺紋干涉可以為零，由于螺距重疊，沒(méi)有徑向預(yù)加載。圖4顯示了初始嚙合或裝配時(shí)的接頭 10。在該階段，可以看見(jiàn)，公構(gòu)件上的螺紋14、16與母構(gòu)件上的螺紋24、26嚙合，但是，螺旋 止推臺(tái)肩仍未嚙合。在圖5所示位置，母構(gòu)件22已經(jīng)相對(duì)于公構(gòu)件12旋轉(zhuǎn)，使得每個(gè)兩階 梯式螺紋中的三個(gè)或以上嚙合，以及一個(gè)或多個(gè)螺旋扭矩臺(tái)肩螺紋嚙合。圖6更詳細(xì)地顯 示了圖5所示階段的螺紋嚙合，其中，母構(gòu)件22上的螺旋扭矩臺(tái)肩42可以與公構(gòu)件12上 的相應(yīng)螺旋扭矩臺(tái)肩40脫離，同時(shí)螺紋16和26上的抗壓牙側(cè)嚙合，但是存在相當(dāng)大的齒 根到齒頂分離。裝配過(guò)程的結(jié)果是中間段在最終動(dòng)力上緊位置之前是自由旋轉(zhuǎn)螺紋，在所述最終動(dòng)力上緊位置中，對(duì)扣牙側(cè)和可選的止動(dòng)臺(tái)肩嚙合在中心階梯上，承載牙側(cè)嚙合在剩下的 兩個(gè)抗拉階梯上。在圖7所示方案中，對(duì)螺旋扭矩臺(tái)肩來(lái)說(shuō)使用不同的螺紋形狀。該螺紋 形狀使用有助于對(duì)扣間隙的正承載牙側(cè)。中間段在接近最終裝配位置之前具有自由旋轉(zhuǎn)螺 紋，其中，對(duì)扣牙側(cè)和可選的止動(dòng)臺(tái)肩嚙合在中心階梯上，承載牙側(cè)嚙合在剩下的兩個(gè)階梯 上。對(duì)扣牙側(cè)50、51在圖7中處于嚙合，而抗拉牙側(cè)52、53嚙合在兩階梯式螺紋中的每一 個(gè)上。對(duì)于加工通用性以及使用通用工具獲得的可重復(fù)性而言，螺紋形狀對(duì)所有三個(gè)階梯 來(lái)說(shuō)可以相同。在不嚙合時(shí)，在中心階梯上不需要負(fù)承載牙側(cè)。對(duì)于對(duì)扣間隙而言，優(yōu)選的 是沒(méi)有負(fù)承載牙側(cè)的結(jié)構(gòu)。另一改進(jìn)在于使用止推臺(tái)肩的徑向距離用于其它用途，例如提 高加工清理、增大抗拉面積或減小用于附加間隙的外徑。在本結(jié)構(gòu)中，不需要圖8下方所示 的間隙或尺寸55。圖8還顯示了中心階梯的對(duì)扣牙側(cè)可以單獨(dú)或與傳統(tǒng)的圓形止推臺(tái)肩一 起用作止推臺(tái)肩。
盡管中心階梯的對(duì)扣牙側(cè)可以僅為止推臺(tái)肩，對(duì)扣牙側(cè)優(yōu)選地在提供在較小裝配 位置重復(fù)性的情況下降低形成和制造成本。在優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)起到用于提高裝配位置 重復(fù)性的抗壓臺(tái)肩和止推臺(tái)肩的作用，位于中間段的螺紋根部平面下面的止推臺(tái)肩區(qū)增強(qiáng) 了對(duì)扣牙側(cè)。同樣，可選地，可以使用位于根部平面以下的圖8所示區(qū)域增大錐角，使中間 段的錐角不同以減小扭矩臺(tái)肩的偏離和延遲嚙合以防止粘扣。圖9顯示了位于中間段60 上的不同錐角以減少偏距和延遲嚙合。利用改進(jìn)的承載牙側(cè)和錐角，在剛要?jiǎng)恿ι暇o之前 具有增大的螺紋間隙。這在避免粘扣方面是明顯的優(yōu)點(diǎn)。中間段的增大錐角會(huì)犧牲如上所 述的大部分間隙55。這可以是接頭徑向材料的可選應(yīng)用。當(dāng)研究?jī)蓚€(gè)階梯之間的導(dǎo)程差時(shí)，可以評(píng)估裝配順序以避免抗拉階梯和抗壓階梯 之間的干涉情況。由于以螺旋角之差為基礎(chǔ)的楔入作用，存在能夠獲得兩個(gè)不同導(dǎo)程以進(jìn) 行裝配的顯著優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際上，通過(guò)斷開(kāi)位于兩個(gè)分離階梯之間的該特征，人們可以獲得楔形 螺紋優(yōu)點(diǎn)?？朔惭b障礙需要結(jié)合使用的設(shè)計(jì)特征的組合，其中，承載牙側(cè)角和錐角與不同 的導(dǎo)程結(jié)合以確保平穩(wěn)裝配。圖10顯示了接頭，其中，在具有由中間段的螺旋螺紋提供的 高效扭矩臺(tái)肩的情況下，承載牙側(cè)角和錐角與不同的導(dǎo)程結(jié)合使用以確保螺紋16、26的平 穩(wěn)裝配。附圖所示實(shí)施例將螺旋扭矩臺(tái)肩軸向布置在位于公構(gòu)件和母構(gòu)件上的兩個(gè)階梯 螺紋之間。在另一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)公構(gòu)件和母構(gòu)件均設(shè)置有用于嚙合的錐形螺紋，其中， 軸向隔開(kāi)的螺旋扭矩臺(tái)肩設(shè)置在公構(gòu)件和母構(gòu)件上以給油田用管狀接頭提供增大的抗壓 和抗扭性能。螺旋扭矩臺(tái)肩的每個(gè)螺旋部可以包括在接頭裝配時(shí)位于公構(gòu)件和母構(gòu)件上的 多個(gè)具有抗壓牙側(cè)的旋轉(zhuǎn)體。螺旋扭矩臺(tái)肩可以形成大體上沿著外部錐形螺紋和內(nèi)部錐形 螺紋的錐形平面布置的螺紋槽。徑向反作用力的方向可以相反。由于某些公差不匹配下的粘扣問(wèn)題，負(fù)牙側(cè)形狀 可能不與牙側(cè)對(duì)牙側(cè)接觸一致。在螺紋之間還存在齒根對(duì)齒頂間隙。在管狀接頭壓縮期間，中心作用力穿過(guò)扭矩臺(tái)肩，這里公開(kāi)的扭矩臺(tái)肩優(yōu)選地為 螺旋扭矩臺(tái)肩，通過(guò)使穿過(guò)管子的載荷路徑與穿過(guò)扭矩臺(tái)肩和接頭的載荷路徑對(duì)準(zhǔn)而限制 次要的彎曲載荷。這個(gè)特征可以獲得大扭矩臺(tái)肩面積，同時(shí)減少螺紋嚙合之間的旋轉(zhuǎn)，最終 裝配使螺紋粘扣(galling)最小化。本發(fā)明的油田用管狀螺紋接頭可以是螺紋聯(lián)接型，具有單階梯螺紋和與所述螺紋軸向隔開(kāi)的螺旋扭矩臺(tái)肩，或者具有兩個(gè)軸向隔開(kāi)的裝配螺紋和中間螺旋扭矩臺(tái)肩?？蛇x 地，接頭可以是整體式公/膨脹母接頭，其中，對(duì)于所有三個(gè)階梯螺紋來(lái)說(shuō)，螺旋止推臺(tái)肩 設(shè)置在第一和第二螺紋之間，如這里公開(kāi)的那樣。在其它實(shí)施例中，接頭可以是整體平式OD 型或者整體鐓粗型，其中，三個(gè)或多個(gè)的階梯(兩個(gè)或多個(gè)裝配階梯和螺旋扭矩臺(tái)肩)設(shè)置 在接頭上。整體鐓粗型接頭可以包括用于大尺寸的焊接接頭。這里公開(kāi)的油田用管狀接頭可 以作為用于油管、套管、隔水管或?qū)Ч艿目煽拷宇^。因?yàn)榭捎糜诳拷宇^OD和ID位置處的 金屬對(duì)金屬密封的有限材料，對(duì)于整體式非鐓粗接頭來(lái)說(shuō)，兩個(gè)軸向隔開(kāi)的裝配螺紋和中 間螺旋扭矩臺(tái)肩是優(yōu)選的，使得壓力最初由相應(yīng)的金屬對(duì)金屬密封件密封。本實(shí)施例留下 了足夠的壁厚以容納材料和密封件。具有一個(gè)裝配螺紋和一個(gè)螺旋扭矩臺(tái)肩的實(shí)施例尤其 適用于焊接到管子端部上的螺紋聯(lián)接接頭，整體式公/膨脹母接頭或整體平式OD接頭。利 用更多可用材料，具有第二裝配螺紋的接頭的復(fù)雜性變得不必要。然而，因?yàn)榕ぞ嘏_(tái)肩是螺 旋形的，焊接或鐓粗的整體接頭通常所需的鍛造或鐓鍛可以調(diào)整附加的第二裝配階梯?？?以設(shè)置位于油管上的API鐓粗部，或者可以根據(jù)降低的材料要求設(shè)置額外的鐓粗部。這里 公開(kāi)的螺旋扭矩臺(tái)肩設(shè)置在錐體上，但是在其它實(shí)施例中，螺旋扭矩臺(tái)肩可以不包括錐體。 盡管如此，螺旋扭矩臺(tái)肩可以設(shè)置在位于公構(gòu)件和母構(gòu)件上的錐形兩階段螺紋之間。位于 螺紋聯(lián)接接頭或整體式公/膨脹母接頭上的裝配螺紋的承載牙側(cè)角可以為負(fù)或正，對(duì)扣牙 側(cè)角同樣可以為負(fù)或正。當(dāng)裝配螺紋上的承載牙側(cè)角為正時(shí)，裝配螺紋克服了通常與平式OD和膨脹母整 體接頭(其通常具有高柔性)相關(guān)的滑脫。在不使用楔形螺紋時(shí)，裝配螺紋上的正承載牙 側(cè)允許對(duì)扣牙側(cè)的牙側(cè)對(duì)牙側(cè)接觸并有助于希望的抗壓和抗彎性能。對(duì)于隔水管來(lái)說(shuō)，因 為人們沒(méi)有獲得與打開(kāi)和關(guān)閉對(duì)扣牙側(cè)間隙相關(guān)的快速加載/卸載情況，牙側(cè)對(duì)牙側(cè)、正 承載牙側(cè)由于應(yīng)力放大系數(shù)降低而變得有利。在接頭受壓時(shí)，利用負(fù)承載牙側(cè)裝配螺紋形 狀獲得小對(duì)扣牙側(cè)間隙對(duì)于牙側(cè)對(duì)牙側(cè)、正承載牙側(cè)螺紋形狀來(lái)說(shuō)是困難的。就用于抗拉或裝配螺紋的對(duì)扣牙側(cè)角來(lái)說(shuō)，對(duì)扣牙側(cè)角可以影響獲得臺(tái)肩所需的 扭矩，因?yàn)槁菥喔缮娼强刂品醋饔昧Φ姆较?。在沒(méi)有楔形部的情況下，牙側(cè)對(duì)牙側(cè)螺紋通常 在獲得臺(tái)肩所需的扭矩方面具有更大的變化性。扭矩也受到選擇對(duì)扣牙側(cè)角和承載牙側(cè)角 的影響。在許多情況下，用于裝配螺紋的對(duì)扣牙側(cè)角為正。用于裝配螺紋的負(fù)對(duì)扣牙側(cè)角 可以起到捕獲角(trapping angle)的作用，但是除非與楔型螺紋或正承載牙側(cè)螺紋結(jié)合， 否則接頭變得難以裝配。對(duì)于燕尾情況來(lái)說(shuō)，負(fù)承載牙側(cè)和對(duì)扣牙側(cè)可以使接頭易于產(chǎn)生 過(guò)度粘扣。對(duì)扣牙側(cè)角決定由壓縮產(chǎn)生的反作用力的方向，更靠近豎直方向的角度會(huì)使徑 向反作用力最小化，更接近與接頭中心線平行的角度會(huì)具有較高的徑向反作用力。此外，如 果裝配螺紋的對(duì)扣牙側(cè)角為負(fù)，這可以將接頭部件推到一起，如果為正，會(huì)將它們推開(kāi)。當(dāng) 非常接近密封件時(shí)，對(duì)螺紋的作用將轉(zhuǎn)變?yōu)榻⒒蛉コ芊庾饔谩Ｅぞ嘏_(tái)肩的優(yōu)選承載牙側(cè)角可以成為是否單獨(dú)嚙合在該區(qū)域的對(duì)扣牙側(cè)上的因素。如果這樣的話，承載牙側(cè)角會(huì)影響對(duì)扣間隙?？估蜓b配階梯中存在的鏡像作用允許 通用工具等精確控制階梯對(duì)階梯關(guān)系。如果裝配階梯的剪切和承壓安全系數(shù)處于邊界，與 承載牙側(cè)嚙合具有優(yōu)點(diǎn)。如果允許拉伸力通過(guò)螺旋裝配螺紋傳遞，裝配螺紋的正負(fù)角度的 優(yōu)缺點(diǎn)與抗拉螺紋類似，就如在前面所述的那樣。當(dāng)與扭矩臺(tái)肩階梯和抗拉階梯之間的導(dǎo)程和錐角差相關(guān)時(shí)，角度的正值越大，越不易與扭矩臺(tái)肩階梯過(guò)早嚙合。扭矩臺(tái)肩階梯的優(yōu) 選對(duì)扣牙側(cè)角同樣反映了上文與抗拉階梯相關(guān)的討論。與扭矩臺(tái)肩螺紋的對(duì)扣牙側(cè)角的嚙 合是必須的。負(fù)角在承壓時(shí)起作用，扭矩載荷徑向向內(nèi)傳送。與裝配螺紋相比使用不同的 導(dǎo)程和/或錐角時(shí)，負(fù)角是優(yōu)選的，從而確保對(duì)扣間隙。如果與抗拉階梯上的負(fù)承載牙側(cè)相 連，負(fù)角同樣會(huì)容易產(chǎn)生過(guò)度粘扣。正角傾向于在加載時(shí)使公接頭和母接頭分離。對(duì)于整 體平式OD接頭來(lái)說(shuō)，承載牙側(cè)抗拉角可為90°，對(duì)于這種整體平式OD接頭來(lái)說(shuō)，對(duì)扣牙側(cè) 角同樣可為90°。類似地，對(duì)于整體平式OD接頭來(lái)說(shuō)，扭矩臺(tái)肩的承載牙側(cè)角和對(duì)扣牙側(cè) 角可以為90°。接頭螺紋可以提供牙側(cè)對(duì)牙側(cè)嚙合，或者螺紋齒頂對(duì)齒根嚙合。螺旋扭矩臺(tái)肩上 的螺紋嚙合類似地為牙側(cè)對(duì)牙側(cè)嚙合或者齒根對(duì)齒頂嚙合。對(duì)于具有高疲勞強(qiáng)度、壓縮應(yīng) 力和彎曲應(yīng)力的接頭來(lái)說(shuō)，裝配螺紋的牙側(cè)對(duì)牙側(cè)嚙合是優(yōu)選的。齒根對(duì)齒頂裝配螺紋可 以重復(fù)使用并且易于檢查。牙側(cè)對(duì)牙側(cè)裝配螺紋可以改善螺紋密封，同時(shí)，在不使用通常稱 作楔形螺紋的雙導(dǎo)程的情況下，這些螺紋的齒根對(duì)齒頂嚙合適合負(fù)承載牙側(cè)。因此，對(duì)于包 括平式OD或膨脹母整體接頭在內(nèi)的許多應(yīng)用來(lái)所，裝配螺紋的齒根對(duì)齒頂嚙合是優(yōu)選的。 對(duì)于隔水管接頭、螺紋聯(lián)接接頭、或者鐓粗或焊接整體接頭以及螺紋可提供外密封的接頭 來(lái)說(shuō)，這些螺紋的牙側(cè)對(duì)牙側(cè)嚙合是優(yōu)選的。如果裝配螺紋和螺旋扭矩臺(tái)肩之間的螺紋形 狀相同，可以使用常見(jiàn)的工具切削和形成螺紋。裝配階梯的承載牙側(cè)和螺旋扭矩臺(tái)肩階梯 的對(duì)扣牙側(cè)之間的距離可以通過(guò)一個(gè)工具、一個(gè)偏置量和一個(gè)轉(zhuǎn)刀架位置控制，使得機(jī)器 控制該尺寸的可重復(fù)性變得有利。當(dāng)這些螺紋形狀不同時(shí)，人們可以通過(guò)改變錐角和導(dǎo)程 使間隙最大化，并且使得用于其獨(dú)立功能的形狀最佳化?？估_(tái)肩和扭矩臺(tái)肩之間的德?tīng)?塔(delta)導(dǎo)程可以為常數(shù)，或者可以變化，兩階梯式螺紋上的螺紋形狀可以相同或不同。作為抗拉階梯和扭矩臺(tái)肩的裝配螺紋之間的錐角有助于扭矩臺(tái)肩的延遲嚙合，從 而使扭矩臺(tái)肩的粘扣減小到最低程度。更大錐角往往引起在裝配過(guò)程中更深對(duì)扣和更遲嚙 合，而更小錐角具有更大的"緊密距(standoff)"。裝配螺紋和/或扭矩臺(tái)肩可以為直線 形，而非錐形。本發(fā)明的接頭可以獲得負(fù)承載牙側(cè)的重要優(yōu)點(diǎn)，但會(huì)喪失由對(duì)扣牙側(cè)嚙合獲得的 軸向穩(wěn)定性?？梢员３值墓苄阅転榭箟骸⒖箯澓涂古?。盡管這里已經(jīng)相當(dāng)詳細(xì)地對(duì)本發(fā)明的特定實(shí)施例進(jìn)行了描述，這可以僅用于解釋本發(fā)明的各個(gè)方面，而不用于限制如下列權(quán)利要求所限定的發(fā)明范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng) 當(dāng)認(rèn)識(shí)到，所示和所述實(shí)施例為示例性的，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，在實(shí)施本發(fā)明時(shí) 可以進(jìn)行各種其它替換、變化和改型，包括但不限于這里明確討論的那些設(shè)計(jì)選擇。盡管已 經(jīng)參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可以進(jìn)行除這 里顯示或建議之外的其它和進(jìn)一步的變型。
權(quán)利要求
一種油田用管狀螺紋接頭，包括公構(gòu)件，其具有第一外部錐形螺紋和與所述第一外部錐形螺紋軸向隔開(kāi)的第二外部錐形螺紋；母構(gòu)件，其具有與所述第一外部錐形螺紋嚙合的第一內(nèi)部錐形螺紋和與所述第二外部錐形螺紋嚙合的第二內(nèi)部錐形螺紋；和在公構(gòu)件和母構(gòu)件中的每個(gè)上于相應(yīng)的第一和第二螺紋之間軸向間隔的螺旋扭矩臺(tái)肩，所述螺旋扭矩臺(tái)肩的每個(gè)螺旋部包括位于該螺旋扭矩臺(tái)肩的公構(gòu)件和母構(gòu)件上的多個(gè)具有抗壓牙側(cè)的旋轉(zhuǎn)體，所述螺旋扭矩臺(tái)肩在接頭裝配時(shí)彼此嚙合。
2.如權(quán)利要求1所述的油田用管狀螺紋接頭，其中，每個(gè)第一和第二螺紋具有在接頭 裝配時(shí)嚙合的對(duì)扣牙側(cè)。
3.如權(quán)利要求1所述的油田用管狀螺紋接頭，其中，所述螺旋扭矩臺(tái)肩具有大體上沿 著錐形平面布置的螺紋槽，所述錐形平面相對(duì)于公構(gòu)件外螺紋的平面徑向向外間隔開(kāi)，所 述公構(gòu)件外螺紋的平面在所述扭矩臺(tái)肩和所述公構(gòu)件前端之間軸向間隔。
4.如權(quán)利要求1所述的油田用管狀螺紋接頭，其中，位于公構(gòu)件和母構(gòu)件中的每個(gè)上 的螺旋扭矩臺(tái)肩是用于所述多個(gè)旋轉(zhuǎn)體的連續(xù)臺(tái)肩。
5.如權(quán)利要求1所述的油田用管狀螺紋接頭，其中，公構(gòu)件、母構(gòu)件和螺旋臺(tái)肩或者公 構(gòu)件和母構(gòu)件上的螺紋具有大體上相同的螺紋形狀、錐角和導(dǎo)程。
6.如權(quán)利要求1所述的油田用管狀螺紋接頭，其中，公構(gòu)件和母構(gòu)件上的螺紋具有與 扭矩臺(tái)肩上的螺紋不同的導(dǎo)程。
7.如權(quán)利要求1所述的油田用管狀螺紋接頭，其中，每個(gè)錐形螺紋具有負(fù)承載牙側(cè)。
8.如權(quán)利要求1所述的油田用管狀螺紋接頭，其中，公構(gòu)件和母構(gòu)件中每一個(gè)上的螺 旋扭矩臺(tái)肩沿著錐角隔開(kāi)。
9.一種油田用管狀螺紋接頭，包括具有外螺紋的公構(gòu)件；母構(gòu)件，其具有與所述外螺紋嚙合的內(nèi)螺紋；所述外螺紋和內(nèi)螺紋均具有在接頭裝配時(shí)嚙合的對(duì)扣牙側(cè)；和位于每個(gè)公構(gòu)件和每個(gè)母構(gòu)件上包括多個(gè)旋轉(zhuǎn)體的螺旋扭矩臺(tái)肩，螺旋扭矩臺(tái)肩的每 個(gè)螺旋部包括位于該螺旋臺(tái)肩的每個(gè)公構(gòu)件和每個(gè)母構(gòu)件上的抗拉牙側(cè)，所述螺旋臺(tái)肩在 接頭裝配時(shí)彼此嚙合。
10.如權(quán)利要求9所述的油田用管狀螺紋接頭，其中，所述螺旋扭矩臺(tái)肩具有螺紋槽， 所述螺紋槽大體上沿著相對(duì)于外螺紋平面徑向向外隔開(kāi)的平面布置。
11.如權(quán)利要求9所述的油田用管狀螺紋接頭，其中，位于每個(gè)公構(gòu)件和每個(gè)母構(gòu)件上 的螺旋扭矩臺(tái)肩是用于所述多個(gè)旋轉(zhuǎn)體的連續(xù)臺(tái)肩。
12.如權(quán)利要求9所述的油田用管狀螺紋接頭，其中，公構(gòu)件、母構(gòu)件和螺旋臺(tái)肩上的 螺紋或者公構(gòu)件和母構(gòu)件上的螺紋具有大體上相同的錐角和導(dǎo)程。
13.如權(quán)利要求9所述的油田用管狀螺紋接頭，其中，公構(gòu)件和母構(gòu)件上的螺紋具有與 扭矩臺(tái)肩上的螺旋螺紋不同的導(dǎo)程。
14.如權(quán)利要求9所述的油田用管狀螺紋接頭，其中，每個(gè)外螺紋和內(nèi)螺紋均具有負(fù)承 載牙側(cè)。
15.如權(quán)利要求9所述的油田用管狀螺紋接頭，還包括位于公構(gòu)件上的另一外螺紋， 和位于母構(gòu)件上與所述另一外螺紋嚙合的另一內(nèi)螺紋。
16.一種形成油田用管狀螺紋接頭的方法，包括提供具有外部錐形螺紋的公構(gòu)件；和提供具有與所述外部錐形螺紋嚙合的內(nèi)部錐形螺紋的母構(gòu)件；和提供位于每個(gè)公構(gòu)件和每個(gè)母構(gòu)件上的螺旋扭矩臺(tái)肩，所述螺旋扭矩臺(tái)肩的每個(gè)螺旋 部包括位于該螺旋錐形臺(tái)肩的公構(gòu)件和母構(gòu)件上具有抗壓牙側(cè)的多個(gè)旋轉(zhuǎn)體，所述螺旋錐 形臺(tái)肩在接頭裝配時(shí)彼此嚙合。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，每個(gè)外部錐形螺紋和內(nèi)部錐形螺紋均具有在接 頭裝配時(shí)嚙合的對(duì)扣牙側(cè)。
18.如權(quán)利要求16所述的油田用管狀螺紋接頭，其中，位于每個(gè)公構(gòu)件和母構(gòu)件上的 螺旋扭矩臺(tái)肩形成為用于所述多個(gè)旋轉(zhuǎn)體的連續(xù)臺(tái)肩。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，位于公構(gòu)件、母構(gòu)件和螺旋臺(tái)肩或者公構(gòu)件和母 構(gòu)件上的螺紋具有大體上相同的螺紋形狀、錐角和導(dǎo)程。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，每個(gè)錐形螺紋具有負(fù)承載牙側(cè)。
21.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，在外部錐形螺紋與內(nèi)部錐形螺紋嚙合之后，公構(gòu) 件螺旋扭矩臺(tái)肩螺紋與母構(gòu)件螺旋扭矩臺(tái)肩螺紋嚙合。
22.—種油田用管狀螺紋接頭，包括公構(gòu)件，其具有第一徑向內(nèi)螺紋和與所述第一徑向內(nèi)螺紋軸向隔開(kāi)的第二徑向外螺紋；母構(gòu)件，其具有第三徑向內(nèi)螺紋和與所述第三徑向內(nèi)螺紋軸向隔開(kāi)的第四徑向外螺 紋，在接頭裝配時(shí)，第一徑向內(nèi)螺紋與第三徑向內(nèi)螺紋配合，第二徑向外螺紋與第四徑向外 螺紋配合；布置在第一和第二螺紋之間且形成在多個(gè)螺旋螺紋上的公構(gòu)件螺旋扭矩臺(tái)肩；和在第二和第四螺紋之間軸向間隔開(kāi)且形成在多個(gè)螺旋螺紋上的母構(gòu)件螺旋扭矩臺(tái)肩， 在接頭裝配以形成螺旋扭矩臺(tái)肩時(shí)，公構(gòu)件螺旋螺紋與母構(gòu)件螺旋螺紋配合。
23.如權(quán)利要求22所述的接頭，其中，母構(gòu)件徑向外表面與從母構(gòu)件軸向延伸的管件 的徑向外表面大體上齊平。
24.如權(quán)利要求21所述的接頭，其中，公構(gòu)件螺旋扭矩臺(tái)肩和母構(gòu)件螺旋扭矩臺(tái)肩的 對(duì)扣牙側(cè)在接頭最終裝配期間嚙合，并且其中，第一、第二、第三和第四螺紋的承載牙側(cè)在 接頭最終裝配期間嚙合。
25.如權(quán)利要求21所述的接頭，其中，公構(gòu)件螺旋扭矩臺(tái)肩和母構(gòu)件螺旋扭矩臺(tái)肩均 具有負(fù)承載牙側(cè)。
26.如權(quán)利要求21所述的接頭，其中，形成所述第一、第二、第三和第四螺紋的螺紋導(dǎo) 程和形成公構(gòu)件螺旋扭矩臺(tái)肩和母構(gòu)件螺旋扭矩臺(tái)肩的螺紋導(dǎo)程大體上相同。
27.如權(quán)利要求21所述的接頭，其中，第一、第二、第三和第四螺紋在接頭裝配時(shí)均提 供齒根對(duì)齒頂接觸。
全文摘要
油田用管狀螺紋接頭10包括具有第一外部錐形螺紋24和第二外部錐形螺紋26的公構(gòu)件12。母構(gòu)件包括第一內(nèi)部錐形螺紋14和第二內(nèi)部錐形螺紋16。螺旋扭矩臺(tái)肩40、42設(shè)置在公構(gòu)件和母構(gòu)件上且在相應(yīng)的第一和第二螺紋之間軸向間隔開(kāi)。每個(gè)扭矩臺(tái)肩的螺旋部包括位于公構(gòu)件和母構(gòu)件上具有抗壓牙側(cè)的多個(gè)旋轉(zhuǎn)體。
文檔編號(hào)F16L35/00GK101828062SQ200880111519
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2008年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月5日
發(fā)明者A·G·貝利, J·布賴漢, M·赫格勒 申請(qǐng)人:Vam美國(guó)有限責(zé)任公司