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制造用于钻探和操作油气井的螺纹连接部的套件以及生成的螺纹连接部

阅读：73发布：2021-02-24

IPRDB可以提供制造用于钻探和操作油气井的螺纹连接部的套件以及生成的螺纹连接部专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及用于制造螺纹连接部的套件，该套件包括具有回转轴线(10)的第一管状部件和第二管状部件，它们的端部(1，2)中的一个设有根据该螺纹端部是阳型还是阴型而形成在该部件的外周面或内周面上的螺纹区(3；4)，所述端部(1，2)结束于相对于所述管状部件的所述回转轴线(10)径向取向的终端面(7，8)，所述螺纹区(3；4)包括螺纹(32；42)，当沿通过所述管状部件的回转轴线(10)的纵截面观看时，所述螺纹(32；42)包括螺纹牙顶(35，45)、螺纹牙底(36，46)、承载牙侧(30；40)以及插入牙侧(31；41)，各管状部件的所述螺纹牙顶(35，45)的宽度在所关注的所述管状部件的所述终端面(7；8)的方向上减小，而所述螺纹牙底(36，46)的宽度增大，其特征在于，所述阳插入牙侧和/或承载牙侧的导程不同于所述阴插入牙侧和/或承载牙侧的导程。本发明还涉及螺纹连接部。，下面是制造用于钻探和操作油气井的螺纹连接部的套件以及生成的螺纹连接部专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于制造螺纹连接部的套件，该套件包括具有回转轴线(10)的第一管状部件和第二管状部件，它们的端部(1，2)中的一个设有根据该螺纹端部是阳型还是阴型而形成在该部件的外周面或内周面上的螺纹区(3；4)，所述端部(1，2)结束于终端面(7，8)，所述螺纹区(3；4)在被限定为处于自锁装配中的区域上包括螺纹(32；42)，当沿通过所述管状部件的回转轴线(10)的纵截面观看时，所述螺纹(32；42)包括螺纹牙顶(35，45)、螺纹牙底(36，46)、承载牙侧(30；40)以及插入牙侧(31；41)，各管状部件的所述螺纹牙顶(35，

45)的宽度在所关注的所述管状部件的所述终端面(7；8)的方向上减小，而所述螺纹牙底(36，46)的宽度增大，其特征在于，阳插入牙侧和/或承载牙侧的导程分别不同于阴插入牙侧和/或承载牙侧的导程，所述阳插入牙侧的导程、阳承载牙侧的导程、阴插入牙侧的导程、阴承载牙侧的导程各自在被限定为处于自锁装配中的所述区域上保持恒定。

2.根据权利要求1所述的用于制造螺纹连接部的套件，其特征在于，所述阳插入牙侧和/或承载牙侧的导程相应地严格小于所述阴插入牙侧和/或承载牙侧的导程，阳管状部件在所述螺纹区的与所述终端面相反的端部处的厚度ep小于阴管状部件的厚度eb。

3.根据权利要求1所述的用于制造螺纹连接部的套件，其特征在于，所述阳插入牙侧和/或承载牙侧的导程相应地严格大于所述阴插入牙侧和/或承载牙侧的导程，阳管状部件在所述螺纹区的与所述终端面相反的端部处的厚度ep大于阴管状部件的厚度eb。

4.根据权利要求1-3任一项所述的用于制造螺纹连接部的套件，其特征在于，所述阳插入牙侧和/或承载牙侧的导程与所述阴插入牙侧和/或承载牙侧的导程之间的相对差在

0.15％到0.35％的范围内。

5.根据权利要求1-3任一项所述的用于制造螺纹连接部的套件，其特征在于，所述阳插入牙侧和/或承载牙侧的导程与所述阴插入牙侧和/或承载牙侧的导程之间的相对差大致等于0.25％。

6.根据权利要求1-3任一项所述的用于制造螺纹连接部的套件，其特征在于，所述螺纹区(3；4)都具有与所述管状部件的所述回转轴线(10)形成角度(β)的锥形母线(20)。

7.根据权利要求1-3任一项所述的用于制造螺纹连接部的套件，其特征在于，所述螺纹牙顶(35，45)和螺纹牙底(36，46)平行于所述管状部件的所述回转轴线(10)。

8.根据权利要求1-3任一项所述的用于制造螺纹连接部的套件，其特征在于，阳管状部件和阴管状部件的螺纹具有榫形轮廓。

9.一种通过自锁装配来连接根据任一前述权利要求所述的套件而生成的螺纹连接部。

10.根据权利要求9所述的螺纹连接部，其特征在于，阳螺纹牙顶和/或阴螺纹牙顶与阴螺纹牙底和/或阳螺纹牙底具有过盈配合。

11.根据权利要求9或权利要求10所述的螺纹连接部，其特征在于，所述螺纹连接部是用于钻探部件的螺纹连接部。

说明书全文

制造用于钻探和操作油气井的螺纹连接部的套件以及生成

的螺纹连接部

技术领域

[0001] 本发明涉及制造用于钻探和操作油气井的螺纹连接部的套件，该套件包括第一管状部件和第二管状部件，其中一个管状部件设有阳型螺纹端部，另一个管状部件设有阴型螺纹端部，这两个端部能够通过自锁装配而相配合。本发明还涉及通过装配连接两个管状部件而生成的螺纹连接部。

背景技术

[0002] 术语“用于钻探和操作油气井的部件”是指任何这样的元件，该元件具有大致管状形状以旨在连接到相同或不同类型的另一元件，从而在完成时构成用于钻探油气井的钻柱或用于维护的立管(如检查立管)，或者在操作井时涉及的厚壁套管柱或油管柱。本发明尤其适用于在钻柱中使用的部件，如钻杆、重钻杆、钻铤、以及连接钻杆和重钻杆的称为钻具接头的部件。

[0003] 已知的是，在钻柱中使用的各个部件通常包括设有阳螺纹区的端部和/或设有阴螺纹区的端部，这些端部均旨在通过装配而与另一部件的对应端部相连接，所述装配件限定了连接部。这样构成的钻柱在钻探时从井的表面被驱动而旋转；因此，这些部件必须以高扭矩装配到一起，以便能够传送足以允许无中断或者甚至无越扭矩地执行钻井的旋转扭矩。

[0004] 在常规的产品中，装配扭矩通常是因通过紧固在用于装配的各个部件上设置的抵接表面而产生的配合来实现的。然而，由于抵接表面的范围是管的厚度的一部分，所以当施加了过高的装配扭矩时，迅速到达了抵接表面的临界塑化阈值。

[0005] 因此，研发了能够减轻抵接表面不能承受的载荷的至少一部分、或者甚至全部的螺纹。该目的是通过使用自锁螺纹(如在现有技术文献US Re 30647和US Re 34467中描述的自锁螺纹)来实现的。在这种类型的自锁螺纹中，阳端部螺纹(也称为牙)的牙侧和阴端部螺纹(也称为牙)的牙侧具有恒定的螺距，但是螺纹宽度可变。

[0006] 更确切地说，分别对于阳端部的螺纹、阴端部的螺纹，随着分别离开阳端部、离开阴端部的距离增大，螺纹牙顶(或牙)的宽度递进地增大。因此，在装配期间，阳螺纹和阴螺纹(或牙)在对应于锁紧点的位置处完成互锁。更确切地说，对于自锁螺纹，当阳螺纹(或牙)的牙侧锁到对应的阴螺纹(或牙)的牙侧上时，发生了锁紧。当到达锁紧位置时，彼此装配到一起的阳螺纹区和阴螺纹区具有对称面，沿着该对称面，位于阳螺纹区端部的阳牙和阴牙的公共中高度(common mid-height)处的宽度对应于位于阴螺纹区端部的阳牙和阴牙的公共中高度处的宽度。

[0007] 因此，装配扭矩由牙侧之间的几乎所有接触表面(即，比现有技术的抵接表面构成的总表面区域大很多的总表面区域)承受。

[0008] 然而，对于通过在牙侧之间以及螺纹牙顶与螺纹牙底之间施加接触而使该连接类型的螺纹区紧密的需求，使得当使用润滑剂时组装操作变复杂。在组装这些连接部之前，向阳端部(也称为销)、阴端部(也称为套筒)或者阳端部和阴端部两者的螺纹区施加润滑膜。该润滑膜通常比所需的厚很多。因此，当在组装连接部时，过量的润滑剂流过螺纹区，随后在阳管状部件的外肩部处或者在阴管状部件的内肩部处排出。然而，当螺纹在螺纹牙顶和牙底处以及在牙侧处紧密接触的情况下，润滑剂在压力下被俘获。因此，获得了装配扭矩的假读数。随后，一旦在不足的装配扭矩下工作，连接部可能不再紧密，过量的加压润滑剂可能逸出。

[0009] 已经做出了研发以克服这些缺点。文献US-6 050 610和US-7 350830提出在螺纹上引入沟槽，以使润滑剂排出。然而，沟槽的存在弱化了疲劳强度，并且损害了密封。也设想了其它方案，如在文献US2007/0216160中提出的方案。原理是在螺纹区中产生微扰，以使得在某些部分处抵消螺纹之间的接触压力，尤其是允许润滑剂随意移动，由此避免过压力的问题。然而，这种结构的问题在于，使螺纹区的检查变复杂了。事实上必须确认微扰是计划的还是加工误差。此外，给定区域的接触压力减小必须用相邻区域的接触压力增大来补偿。这又提高了咬磨的风险。

发明内容

[0010] 因此，本发明的目的是便于在组装期间过量润滑剂的排出，而不损害连接部的紧密性或者连接部的疲劳强度。

[0011] 更确切地说，本发明涉及一种用于制造螺纹连接部的套件，该套件包括均具有回转轴线的第一管状部件和第二管状部件，它们的端部中的一个设有根据该螺纹端部是阳型还是阴型而形成在该部件的外周面或内周面上的螺纹区，所述端部结束于相对于所述管状部件的所述回转轴线在径向上取向的终端面，所述螺纹区包括螺纹，当沿通过所述管状部件的所述回转轴线的纵截面观看时，所述螺纹包括螺纹牙顶、螺纹牙底、承载牙侧以及插入牙侧，各管状部件的所述螺纹牙顶的宽度在所关注的所述管状部件的所述终端面的方向上减小，而所述螺纹牙底的宽度增大，其特征在于，所述阳插入牙侧和/或承载牙侧的导程不同于所述阴插入牙侧和/或承载牙侧的导程。

[0012] 下面描述本发明的可选的补充或替换特征。

[0013] 所述阳插入牙侧和/或承载牙侧的导程严格小于所述阴插入牙侧和/或承载牙侧的导程，所述阳管状部件在所述螺纹区的端部处的厚度ep小于所述阴管状部件的厚度eb。

[0014] 所述阳插入牙侧和/或承载牙侧的导程严格大于所述阴插入牙侧和/或承载牙侧的导程，所述阳管状部件在所述螺纹区的端部处的厚度ep大于所述阴管状部件的厚度eb。

[0015] 所述阳插入牙侧和/或承载牙侧的导程与所述阴插入牙侧和/或承载牙侧的导程之间的相对差在0.15％到0.35％的范围内。

[0016] 所述阳插入牙侧和/或承载牙侧的导程与所述阴插入牙侧和/或承载牙侧的导程之间的相对差大致等于0.25％。

[0017] 所述螺纹区都具有与所述管状部件的所述回转轴线形成一角度的锥形母线。

[0018] 所述螺纹牙顶和牙底平行于所述管状部件的所述回转轴线。

[0019] 所述阳管状部件和所述阴管状部件的螺纹具有榫形轮廓。

[0020] 本发明还涉及通过自锁装配旋拧根据本发明的套件而得到的螺纹连接部。

[0021] 根据一些特征，所述阳和/或阴螺纹牙顶与所述阴和/或阳螺纹牙底具有过盈配合。

[0022] 根据其它特征，所述螺纹连接部是钻探部件的螺纹连接部。

附图说明

[0023] 在下面的描述中，将参照附图更详细地阐释本发明的特征和优点。

[0024] 图1是根据本发明一个实施方式的通过自锁装配来连接两个管状部件而生成的连接部的纵向截面示意图。

[0025] 图2是图1的连接部的螺纹区的纵向截面详细示意图。

[0026] 图3是根据本发明的两个管状部件在自锁装配连接期间的纵向截面示意图。

[0027] 图4是根据本发明的两个管状部件在自锁装配结束时的纵向截面示意图。

[0028] 图5A和5B分别是根据本发明的阳管状部件和阴管状部件的纵向截面示意图。

具体实施方式

[0029] 图1所示的具有回转轴线10的螺纹连接部如已知的那样包括具有相同回转轴线10且设有阳端部1的第一管状部件和具有回转轴线10且设有阴端部2的第二管状部件。
两个端部1、2均结束于相对于螺纹连接部的轴线10沿径向取向的终端面7、8，并且分别设置有通过装配配合到一起以将两个部件相互连接的螺纹区3、4。螺纹区3、4是被称为“自锁”的已知类型(也可以说螺纹的轴向宽度和/或螺纹之间的间隔具有递进的变化)，从而在装配期间，在到达最终的锁紧位置之前，会出现递进的轴向干扰。

[0030] 图2、3以及4表示自锁螺纹区，并且使用相同的标号。图2是图1的连接部的螺纹区的纵向截面详细示意图。术语“自锁螺纹区”是指包括下面描述的特征的螺纹区。和阴螺纹(或牙)42类似，阳螺纹(或牙)32具有恒定的导程，而螺纹的宽度在相应的终端面7、8的方向上减小，使得在装配期间，阳螺纹(或牙)32和阴螺纹(或牙)42通过在确定位置相互锁紧而结束。更确切地说，和阴螺纹区的插入牙侧41之间的导程SFPb一样，阴螺纹区4的承载牙侧40之间的导程LFPb是恒定的，其中，一个特定特征是承载牙侧40之间的导程大于插入牙侧41之间的导程。

[0031] 类似地，和阳承载牙侧30之间的导程LFPp一样，阳插入牙侧31之间的导程SFPp也是恒定的，一个特定特征是承载牙侧30之间的导程大于插入牙侧31之间的导程。

[0032] 根据本发明，并且从图3可见，阳、阴插入牙侧和/或承载牙侧之间的导程是不相等的。更确切地说，根据一个设想的实施方式，阳插入牙侧31与阴插入牙侧41各自之间的导程SFPp和SFPb是不相等的，并且阳承载牙侧30与阴承载牙侧40各自之间的导程LFPp和LFPb也是不相等的。

[0033] 在阳螺纹区1的承载牙侧导程LFPp大于阴螺纹区2的承载牙侧导程LFPb的情况下，随后在装配操作期间，与阳承载牙侧和阴承载牙侧的导程相等的常规连接部的情况相比，阳螺纹区和阴螺纹区的承载牙侧更早地在阴终端面8的区域中开始接触。

[0034] 类似地，在阳螺纹区1的插入牙侧导程SFPp大于阴螺纹区2的插入牙侧导程SFPb的情况下，随后在装配操作期间，与阳承载牙侧和阴承载牙侧的导程相等的常规连接部的情况相比，阳螺纹区和阴螺纹区的插入牙侧更早地在阳终端面7的区域中开始接触。

[0035] 与之相比，在阳螺纹区1的承载牙侧导程LFPp小于阴螺纹区2的承载牙侧导程LFPb的情况下，随后在装配操作期间，与阳承载牙侧和阴承载牙侧的导程相等的常规连接部的情况相比，阳螺纹区和阴螺纹区的承载牙侧更晚地在阴终端面8的区域中开始接触。

[0036] 类似地，在阳螺纹区1的插入牙侧导程SFPp小于阴螺纹区2的插入牙侧导程SFPb的情况下，随后在装配操作期间，与阳承载牙侧和阴承载牙侧的导程相等的常规连接的情况相比，阳螺纹区和阴螺纹区的插入牙侧更晚地在阳终端面7的区域中开始接触。

[0037] 因此，如果选择了这样的结构，即，阳螺纹区1的承载牙侧导程LFPp和插入牙侧导程SFPp分别大于阴螺纹区2的承载牙侧导程LFPb和插入牙侧导程SFPb，则在装配结束时，过量润滑剂将从连接部溢出。

[0038] 事实上，随着装配操作的进展，由于插入牙侧在阳终端面区域中迅速开始接触，即，所述插入牙侧之间的间隙相比于常规连接部更加快速地减小，所以过量的润滑剂向连接部的外部排出。此外，当该过量的润滑剂到达阴终端面的区域时，由于承载牙侧迅速地开始接触，即，所述承载牙侧之间的间隙相比于常规连接部更加快速地减小，所以过量的润滑剂向外部排出。

[0039] 类似地，如果选择了这样的结构，即，阳螺纹区1的承载牙侧导程LFPp和插入牙侧导程SFPp分别小于阴螺纹区2的承载牙侧导程LFPb和插入牙侧导程SFPb，则在装配结束时，过量润滑剂将排入连接部的内部。

[0040] 在所有情况下，通过便于过量润滑剂的排出，解决了因润滑剂过量而使装配扭矩读数为假的问题。

[0041] 此外，其中阳螺纹区的承载牙侧导程和插入牙侧导程大于阴螺纹区的承载牙侧导程和插入牙侧导程的结构还表现出另外的方面。

[0042] 在靠近终端面的这些区域中的接触力的增大趋于使阳端部“变长”且使阴端部“变短”。应当指出，由这些牙侧上的接触压力引起的摩擦在连接部上导致附加的扭矩源。

[0043] 此外，当连接部在张紧状态下工作时，承载牙侧上的接触压力增大，并且插入牙侧上的接触压力减小。问题在于，在位于阳终端面7的区域中的阴插入牙侧处，接触压力趋于抵消。就疲劳而言，这事实上弱化了螺纹区。

[0044] 然而，由于在靠近阳终端面7的插入牙侧上接触压力较高，而在靠近阴终端面8的承载牙侧上接触压力较低，因此疲劳强度在阴端部2上增大，而在阳端部1上减小。

[0045] 因此，看起来，选择使阳端部的牙侧导程相比于阴端部的牙侧导程在尺寸上过大(over-dimension)或者相反，取决于连接部的设计，更具体地说取决于阳端部和阴端部的厚度。因此，如果阳端部1的厚度ep(该厚度ep不是由外径ODp与内径IDp之差限定，而是由螺纹区3的基部限定)小于阴端部2的厚度eb(该厚度eb不是由外径ODb与内径IDb之差限定，而是由螺纹区4的基部限定)，则阳端部1的疲劳强度会因阳端部的牙侧导程相对于阴端部的相应导程在尺寸上过小(under-dimensioning)而增大(以至于损害阴端部的疲劳强度)。与之相比，如果阳端部1的厚度ep大于阴端部2的厚度eb，则阴端部2的疲劳强度会因阳端部的牙侧导程相对于阴端部的相应导程在尺寸上过大而增大(以至于损害阳端部1的疲劳强度)。

[0046] 有利的是，阳插入牙侧和/或承载牙侧的导程与阴插入牙侧和/或承载牙侧的导程之间的相对差在0.15％到0.35％的范围内。

[0047] 有利的是，阳插入牙侧和/或承载牙侧的导程与阴插入牙侧和/或承载牙侧的导程之间的相对差大致等于0.25％。

[0048] 从图2可见，有利的是，当沿通过螺纹连接部的轴线10的纵截面观看时，阳、阴螺纹(或牙)具有这样的轮廓，该轮廓具有榫形总体外观，使得阳、阴螺纹在装配后稳固地相互配合到一起。这种附加的保证意味着避免了与当连接部经受大的弯曲或拉伸载荷时阳、阴螺纹脱开相对应的称为“跳出”的风险。更确切地说，与轴向宽度从螺纹的牙底到牙顶减小的通常称为“楔形”的螺纹相比，榫形螺纹几何形状增大了连接部的径向刚度。

[0049] 有利且可从图2中看出的是，管状部件的螺纹3和4沿锥形母线20取向，以便于装配的进行。通常，该锥形母线与轴线10形成了包括在1度到5度的范围内的角度。在该情况下，锥形母线被限定为通过承载牙侧的中间。

[0050] 有利且可从图2看出的是，阳、阴螺纹区的牙顶和牙底平行于螺纹连接部的轴线10。这有利于加工。

[0051] 因此，以符合主流标准的装配扭矩获得了通过组装根据本发明的管状部件而生成的螺纹连接部。这种类型的连接部尤其是在钻探应用中得到使用。有利的是，阳和/或阴螺纹牙顶可以与阴和/或阳螺纹的牙底具有过盈配合。这意味着，可以避免润滑剂的截留，因为在装配期间润滑剂被挤向螺纹牙侧。

标题	发布/更新时间	阅读量
螺纹连接件-专利编号CN110552633A	2020-05-11	482
螺纹连接件-专利编号CN107002471A	2020-05-13	1048
螺纹连接件的快速接合和脱开装置-专利编号CN1205057A	2020-05-11	845
螺纹管连接-专利编号CN101627248A	2020-05-13	465
螺纹连接-专利编号CN1321226A	2020-05-11	647
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螺纹连接件-专利编号CN102639911B	2020-05-12	158
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螺纹连接-专利编号CN1922407A	2020-05-11	696

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