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用于生产用于钻探和运行油气井的螺纹连接件的组件以及所得到的螺纹连接件

阅读:945发布:2021-02-22

IPRDB可以提供用于生产用于钻探和运行油气井的螺纹连接件的组件以及所得到的螺纹连接件专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本发明涉及一种用于生产螺纹连接件的组件,所述组件包括具有回转轴线(10)的第一和第二管状元件,且每个管状元件分别地在它们的端部(1、2)的一个处依赖于螺纹端部是阳型还是阴型而在所述元件的外部或者内部圆周表面上具有遵循的第一螺旋线的至少一个第一连续螺纹区域(3、4),所述管状元件在装配时能够配合在一起,所述端部(1、2)的所述第一螺纹区域(3、4)具有可变宽度燕尾形螺纹轮廓,所述端部(1、2)分别在终端表面(7、8)中结束,至少一个端部(1、2)具有设置在螺纹区域和终端表面之间的唇缘(12),所述唇缘具有密封表面(5),所述密封表面在连接件处于装配状态中时能够以密封过盈配合与面向另一端部布置的相应的密封表面(6)配合,其特征在于,所述唇缘(12)被挖出一凹槽(11),该凹槽一方面毗连所述螺纹区域另一方面毗连所述密封表面,所述凹槽的长度(GL)计算如下(I):,下面是用于生产用于钻探和运行油气井的螺纹连接件的组件以及所得到的螺纹连接件专利的具体信息内容。

1.一种用于生产螺纹连接件的组件,所述组件包括具有回转轴线(10)的第一和第二管状元件,且每个管状元件分别地在它们的端部(1、2)中的一个端部处依赖于螺纹端部是阳型还是阴型而在所述管状元件的外部或者内部圆周表面上具有遵循第一螺旋线的至少一个第一连续螺纹区域(3、4),并且所述管状元件在装配时能够配合在一起,所述端部(1、2)的所述第一连续螺纹区域(3、4)具有在通过所述回转轴线(10)的纵向截面中所观察的可变宽度燕尾形螺纹轮廓,所述端部(1、2)分别在终端表面(7、8)中结束,所述端部(1、2)中的至少一个端部具有设置在所述第一连续螺纹区域和所述终端表面之间的唇缘(12),所述唇缘具有密封表面(5),所述密封表面在连接件处于装配状态中时能够以密封过盈配合与在端部(1、2)中的另一个端部上所布置的相应的密封表面(6)配合,其特征在于,所述唇缘(12)被挖出一凹槽(11),所述凹槽(11)一方面毗连所述第一连续螺纹区域,另一方面毗连所述密封表面,所述凹槽的长度(GL)计算如下:其中:

LFL是承载牙侧的螺距数值;

SFL是插入牙侧的螺距数值;

TL是螺纹长度

RLP是参考位置长度,所述参考位置长度是最靠近终端表面的螺纹和在螺纹中的螺纹谷部的宽度等于螺纹顶部的宽度的区域之间的距离;

n是螺纹中的螺旋线数量。

2.根据权利要求1所述的用于生产螺纹连接件的组件,其特征在于参数LFL、SFL、TL、RPL和n的数值限定如下:

4mm

4mm

20mm

10mm

1

3.根据权利要求2所述的用于生产螺纹连接件的组件,其特征在于,参数LFL、SFL、TL、RPL和n的数值限定如下:

10mm

10mm

40mm

20mm

n=2。

4.根据权利要求1所述的用于生产螺纹连接件的组件,其特征在于,所述端部(1、2)的所述第一连续螺纹区域(3、4)具有可变宽度的燕尾形螺纹轮廓且为自锁式的。

5.根据权利要求1所述的用于生产螺纹连接件的组件,其特征在于,所述端部(1、2)的所述第一连续螺纹区域(3、4)具有宽度变化为零的可变宽度的燕尾形螺纹轮廓,以使:LFL=SFL=P,其中,P表示螺纹的螺距。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的用于生产螺纹连接件的组件,其特征在于,在通过所述回转轴线(10)的纵向截面中观察,所述凹槽(11)包括经由第一倾斜部分(11a)连接至所述第一连续螺纹区域且经由第二倾斜部分(11c)连接至包括所述密封表面的区域的环状部分(11b)。

7.根据权利要求6所述的用于生产螺纹连接件的组件,其特征在于,所述凹槽(11)的厚度比所述唇缘(12)的厚度小0.2至2.5mm的厚度。

8.根据权利要求6所述的用于生产螺纹连接件的组件,其特征在于,所述第一倾斜部分(11a)与所述连接件的所述回转轴线(10)形成在20°至75°范围内的角度α。

9.根据权利要求6所述的用于生产螺纹连接件的组件,其特征在于,所述第二倾斜部分(11c)与所述连接件的所述回转轴线(10)形成在5°至90°范围内的角度β。

10.根据权利要求1-5、7-9中的任一项所述的用于生产螺纹连接件的组件,其特征在于,所述唇缘的所述密封表面是具有在30至100mm范围内的半径的半球形表面,同时相应的密封表面是锥形表面,所述锥形表面的半峰角的正切在0.025至0.25范围内,即锥度在5%至50%范围内。

11.根据权利要求1-5、7-9中的任一项所述的用于生产螺纹连接件的组件,其特征在于,在所述端部(1,2)中的一个端部的阳螺纹的顶部和所述端部(1,2)中的另一个端部的阴螺纹的根部之间设置有在0.05至0.5mm范围内的径向间隙TRG。

12.根据权利要求1-5、7-9中的任一项所述的用于生产螺纹连接件的组件,其特征在于,所述第一连续螺纹区域具有在1至15度范围内的负的插入牙侧角度SFA。

13.根据权利要求12所述的用于生产螺纹连接件的组件,其特征在于,所述第一连续螺纹区域具有在5至8度范围内的负的插入牙侧角度SFA。

14.根据权利要求1-5、7-9中的任一项所述的用于生产螺纹连接件的组件,其特征在于,所述第一连续螺纹区域具有在1至15度范围内的负的承载牙侧角LFA。

15.根据权利要求14所述的用于生产螺纹连接件的组件,其特征在于,所述第一连续螺纹区域具有在5至8度范围内的负的承载牙侧角LFA。

16.根据权利要求1-5、7-9中的任一项所述的用于生产螺纹连接件的组件,其特征在于,每个端部(1、2)的所述第一连续螺纹区域沿着具有在5%至25%范围内的斜度的同一锥体母线(9)延伸。

17.根据权利要求16所述的用于生产螺纹连接件的组件,其特征在于,每个端部(1、2)的所述第一连续螺纹区域沿着具有在10%至18%范围内的斜度的同一锥体母线(9)延伸。

18.根据权利要求1-5、7-9中的任一项所述的用于生产螺纹连接件的组件,其特征在于,所述管状元件的端部(1、2)中的每一个端部包括多头型的在另一螺旋线上所产生的至少一个第二连续螺纹区域。

19.一种通过装配根据权利要求1-18中的任一项所述的组件而得到的螺纹连接件。

说明书全文

用于生产用于钻探和运行油气井的螺纹连接件的组件以及所

得到的螺纹连接件

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于钻探和/或运行油气井的螺纹连接件,以及更准确地涉及当连接件在压缩/拉伸情况下工作时优化连接件在效率和密封方面的整体性能。

背景技术

[0002] 术语"螺纹连接件"意思为通过一些部件所构造的任一组件,这些部件是大致地管状形状的、金属的且能够通过以特定的目的装配以构造用于钻探油气井的杆、或者用于维护的竖管(也称之为修井竖管)、或者用于运行这样的井的竖管(例如在运行井中所使用的竖管、套管柱或者油管柱)而连接在一起。
[0003] 每个管状部件包括具有阳螺纹区域或者阴螺纹区域并用于与类似部件的相应的端部部分装配的端部部分。当被组装时,所述部件装配成所谓的连接件。
[0004] 连接件的该管状螺纹元件在预设的载荷下被组装以响应由使用情况所强加的过盈配合和密封的要求。此外,应当注意的是管状螺纹元件特别在使用时可能必须经历几个装配-脱开循环。
[0005] 该管状螺纹元件所使用的情况引起作用在例如螺纹区域、抵靠区域或者密封表面的那些元件的易损坏部分上的大量的机械载荷。
[0006] 为此,连接件设计规范很复杂,要求同时考虑许多参数。因此,建议维持连接件的效率以及承载密封表面的管状元件的区域的厚度,以及应当最小化当连接件在压缩/拉伸情况下运行时密封接触点移位的风险。
[0007] 通过文献WO 2008/110494中所描述的连接件而已经开发出一种解决方案。该连接件的特征在于阳端部和/或阴端部包括具有在密封表面的正前方在螺纹排出部所布置的凹槽的唇缘。凹槽可用于减小所述端部的厚度,且同时按以下方式减小径向的刚度,使得在凹槽附近的区域易于通过施加在其上的压力径向变形。这就意味着在密封表面之间的接触可被保持。
[0008] 然而,测试已经表明这种类型的凹槽的轴向长度太长,这意味着在凹槽附近的区域的径向变形经常地超出弹性区。该区域的塑化经常发生,因而导致唇缘弯曲并因此在密封表面处引起接触损失。

发明内容

[0009] 为此,本发明的目的是在连接件在弯曲情况下运行时或者在管状元件的端部受到径向压力时防止在端部附近的弯曲的风险。更特别地,本发明适用于在连接件具有径向过盈配合的螺纹和具有燕尾形螺纹轮廓的情况下限制凹槽的最大轴向长度。
[0010] 更准确地,本发明涉及一种用于生产螺纹连接件的组件,该组件包括具有回转轴线的第一和第二管状元件,且每个管状元件分别地在它们端部的一个处依赖于螺纹端部是阳型还是阴型而在元件的外部或者内部圆周表面上具有遵循第一螺旋线的至少一个第一连续螺纹区域,上述管状元件在装配时能够配合一起,端部的第一螺纹区域具有可变宽度的燕尾形螺纹轮廓,所述端部分别在终端表面中结束,至少一个端部具有设置在螺纹区域和终端表面之间的唇缘,所述唇缘承载密封表面,该密封表面在连接件处于装配状态中时能够以密封过盈配合与面向另一端部布置的相应的密封表面配合,其特征在于所述唇缘被挖出一凹槽,该凹槽一方面毗连螺纹区域另一方面毗连密封表面,凹槽的长度(GL)计算如下:
[0011]
[0012]
[0013] 其中:
[0014] LFL是承载牙侧的螺距数值;
[0015] SFL是插入牙侧的螺距数值;
[0016] TL是螺纹长度;
[0017] RLP是参考位置长度;
[0018] n是在螺纹中的螺旋线的数量。
[0019] 本发明的可选补充特征或者可替代的特征在以下说明。
[0020] 参数LFL、SFL、TL、RPL和n的数值可限定如下:
[0021] 4mm
[0022] 4mm
[0023] 20mm
[0024] 10mm
[0025] l
[0026] 参数LFL、SFL、TL、RPL和n的数值可限定如下:
[0027] 10mm
[0028] 10mm
[0029] 40mm
[0030] 20mm
[0031] n=2。
[0032] 端部的第一螺纹区域可包括具有可变宽度的自锁式的燕尾形螺纹轮廓。
[0033] 端部的第一螺纹区域可包括具有近零可变宽度的燕尾形螺纹轮廓,以使:
[0034] LFL=SFL=P(螺纹的螺距)。
[0035] 在通过回转轴线的纵向截面中观察到,凹槽可包括经由第一倾斜部分连接至螺纹区域且经由第二倾斜部分连接至包括密封表面的区域的环状部分。
[0036] 凹槽的厚度可比唇缘的厚度小0.2至2.5mm的数量(p)。
[0037] 第一倾斜部分可与连接件的回转轴线形成在20°至75°范围内的角度α。
[0038] 第二倾斜部分可与连接件的回转轴线形成在5°至90°范围内的角度β。
[0039] 唇缘的密封表面可以是具有在30至100mm范围内的半径的半球形表面,同时相应的密封表面为锥形表面,该锥形表面的半峰角的正切在0.025至0.25范围内,即锥度在5%至50%的范围内。
[0040] 在阳螺纹的顶部和阴螺纹的根部之间可设置0.05至0.5mm范围内的径向间隙TRG。
[0041] 螺纹区域可具有在1至15度范围内、优选地在5至8度范围内的负的插入牙侧角度SFA。
[0042] 螺纹区域可具有在1至15度范围内、优选地在5至8度范围内的负的承载牙侧角度LFA。
[0043] 每个端部的螺纹区域可沿着具有在5%至25%范围内的斜度的同一锥体母线延伸,优选地斜度在10%至18%范围内。
[0044] 管状元件的端部的每个可包括多头型的在另一螺旋线上所产生的至少一个第二连续螺纹区域。
[0045] 本发明还涉及一种通过装配根据本发明的组件所得到的螺纹连接件。

附图说明

[0046] 参考附图,在以下的说明书中更详细地公开本发明的特征和优点。
[0047] 图1是根据本发明的一个实施例的由通过装配而连接两个管状元件所得到的连接件的纵向截面示意图;
[0048] 图2A和2B均是根据本发明的一个实施例的通过装配而连接两个管状元件所得到的连接件的螺纹区域的细节的纵向截面示意图;
[0049] 图3A和3B均是根据本发明的一个实施例的通过装配而连接两个管状元件所得到的连接件的螺纹区域的细节的纵向截面示意图;以及
[0050] 图4是本发明的详细视图。

具体实施方式

[0051] 图1示出了用于生产螺纹连接件的组件,其包括具有回转轴线10的第一和第二管状元件。其中一个元件具有称之为阳端部1的端部,阳端部1包括在元件的外部圆周表面上产生且遵循第一螺旋线的第一连续螺纹区域3。术语“连续螺纹区域”意思是螺纹区域在螺纹中没有中断。
[0052] 在一变型中,可能在端部1上设置遵循第二螺旋线的第二螺纹区域,当然,要当心的是第一和第二螺纹区域是同步的以容许装配。
[0053] 另一元件具有被称之为阴端部2的端部,阴端部2包括在元件的内部圆周表面上产生且遵循第一螺旋线的第一连续螺纹区域4。术语“连续螺纹区域”意思是螺纹区域4在螺纹中没有中断。
[0054] 在一变型中,可能在端部2上设置遵循第二螺旋线的第二螺纹区域,当然,要当心的是第一和第二螺纹区域是同步的以容许装配。
[0055] 连续螺纹区域3和4在装配时分别能够配合在一起。
[0056] 端部1和2在终端表面7和8中分别地终止。每个终端表面在装配期间可抵靠或者不抵靠在另一管状元件的端部上设置的相应的抵靠表面。
[0057] 密封表面5在阳端部1上的唇缘12上设置,所述唇缘被限定为一方面通过螺纹区域3而另一方面通过终端表面7划界的端部1的外部圆周表面的一部分。当连接件处于装配状态时,上述密封表面能够以密封过盈配合与设置在阴端部2上的相应的密封表面6配合。
[0058] 图1还示出了阳端部1的厚度ep,还称之为阳端部1的临界截面,其不是由所述端部的外部直径ODp和内部直径IDp之间的差值限定,而是在螺纹区域3的基部处(即在最后的螺纹处)限定。同样地,阴端部2的厚度eb,还称之为阴端部2的临界截面,不是由阴端部的外部直径ODb和内部直径IDb之间的差值限定,而是在螺纹区域4的基部处(即在最后的螺纹处)限定。
[0059] 因此,阳端部的临界截面由阳端部1的厚度ep限定,并且阴端部的临界截面由阴端部2的厚度eb限定,所述临界截面实际上是由阳端部或者阴端部的在具有厚度ep和eb的区域处的横截面所形成的表面。
[0060] 因此,连接件的效率限定为等于在阳端部的临界截面和阴端部的临界截面之间的最小数值和管的普通截面之间的比值。自然地,管的普通截面必须取自在距螺纹区域一定距离处所测量的螺纹元件的厚度。该厚度因此是对于阳元件和对于阴元件而言是固定的。和由ODp和IDp之间的差值计算一样,该厚度可同样地由ODb和IDb之间的差值计算。连接件的效率的概念与连接件的疲劳强度有关系。
[0061] 根据本发明且如图2A、2B、3A和3B中所示的,螺纹区域3和4具有在通过轴线10的纵向截面中所观察的“燕尾形”螺纹轮廓。这意味着阳螺纹区域3的螺纹34的插入牙侧35和承载牙侧36都是负的。
[0062] 同样地,阴螺纹区域4的螺纹44的插入牙侧45和承载牙侧46也是负的。燕尾形轮廓意味为当装配连接件在载荷情况下或者当它在弯曲情况下运行时可避免螺纹跳出。
[0063] 根据本发明且如可在图3A和3B中所看出的,螺纹区域3和4具有“可变宽度”的螺纹轮廓。这意味为阳螺纹牙侧(或齿)34以及阴螺纹牙侧(或齿)44都具有固定的螺距,同时螺纹的宽度沿着各自终端表面的方向减小。
[0064] 更准确地,在阴螺纹区域的承载牙侧46之间的螺距LFL是常数,在阴螺纹区域的插入牙侧45之间的螺距SFL也是常数,该常数具有特别的特征,即承载牙侧之间的螺距大于插入牙侧之间的螺距。
[0065] 同样地,在阳插入牙侧35之间的螺距SFL是常数,在阳承载牙侧36之间的螺距LFL也是常数。此外,阳插入牙侧35和阴插入牙侧45的各自的螺距SFL彼此相等且小于继而也是相互相等的阳承载牙侧36和阴承载牙侧46的各自的螺距LFL。
[0066] 和传统的一样,螺纹的宽度和牙侧之间的螺距一样是在螺纹半高处测量的。
[0067] 在不同的变型中,螺纹区域3和4可以是或不是自锁式的。在自锁式螺纹的情况下,阳或者阴螺纹(或齿)最终在装配结束时在预定位置一个锁定至另一个中。
[0068] 在非自锁式螺纹的情况下,连接件可包括内部的和/或外部的抵靠部以使承载牙侧和/或插入牙侧不接触。
[0069] 根据本发明,在螺纹区域3和密封表面5之间在唇缘12上具有短长度GL的凹槽11。术语“短长度”意思为凹槽11相对于现有技术在减小的长度上延伸,并且具有如下所确定的最大数值:
[0070]
[0071] 其中:
[0072] LFL是承载牙侧的螺距数值;
[0073] SFL是插入牙侧的螺距数值;
[0074] TL是螺纹长度
[0075] RLP是参考位置长度;
[0076] n是螺纹中螺旋线的数量。
[0077] 通过定义,参考位置长度RLP是最靠近终端表面的螺纹和在螺纹中的螺纹谷部的宽度等于螺纹顶部的宽度的区域之间的距离。
[0078] 为了允许螺纹区域被机械加工,凹槽11有如下所确定的最小数值:
[0079]
[0080] 在本发明的图2A和2B中所描述的特别的实施例中,螺纹宽度中的变化几乎为零,以使LFL和SFL相等且相当于螺纹的螺距P。因此,凹槽11的短长度GL的关系简化为:
[0081] 0.2P/n
[0082] 有利地,参数LFL、SFL、TL、RPL和n的数值限定如下:
[0083] 4mm
[0084] 4mm
[0085] 20mm
[0086] 10mm
[0087] 1
[0088] 有利地,在螺纹区域3和4是自锁式的情况下,参数LFL、SFL、TL、RPL和n的数值限定如下:
[0089] 10mm
[0090] 10mm
[0091] 40mm
[0092] 20mm
[0093] n=2。
[0094] 有利地,且如在图4中看到的,在通过回转轴线10的纵向截面中所观察的,凹槽11包括经由第一倾斜部分11a连接至螺纹区域且经由第二倾斜部分11c连接至包括密封表面的区域的环状部分11b。该设计意味着机械加工是相对简单的。显然,不同的部分连接在一起并以常规的方式(即经由曲率半径)连接至螺纹区域3和密封区域5。
[0095] 为了避免唇缘12的任何塑性变形,凹槽11的厚度比唇缘12的厚度小0.2至2.5mm的厚度p。
[0096] 为了有助于阳部件和阴部件在装配开始时接合,第一倾斜部分11a与连接件的回转轴线10形成在20°至75°范围内的角度α。
[0097] 为了有助于凹槽11的机械加工,第二倾斜部分11c与连接件的回转轴线10形成在5°至90°范围内的角度β。
[0098] 有利地,配合在一起而以过盈配合密封的密封表面可形成环-锥的接触。这种类型的接触(称之为“点”接触)实际上更稳定。
[0099] 有利地,环形表面是半球形环形凸表面,其半径R优选地是在30至100mm范围内。对于环形表面,太大的半径(即大于100mm)引起与锥-锥的接触一样的缺点。太小的半径(即小于30mm)引起接触宽度不足。
[0100] 当面向环状密封表面时,锥形密封表面由与连接件的轴线10形成一定角度的锥体母线支撑,锥体母线的半峰角的正切在0.025至0.25范围内,相当于在5%至50%范围内的锥度。
[0101] 有利地且如在图3A和3B中所示,具有形成如燕尾形的可变宽度螺纹轮廓的连续螺纹区域可具有在螺纹顶部和根部之间的在0.05至0.5mm范围内的径向间隙TRG。采用这种方式,间隙设置在阳螺纹顶部37和阴螺纹根部47之间。它可在阴螺纹顶部和阳螺纹根部之间。用这种方式,设置有在装配期间能收集润滑脂并避免过压区域的自由容积。
[0102] 应该注意的是在螺纹顶部和根部之间的径向间隙TRG也适用于如在图2A和2B中所示的螺纹具有固定宽度的情况。
[0103] 优选地,在螺纹顶部和根部之间的径向间隙TRG在0.1至0.3mm范围内。该数值意味着在不影响连接效率的情况下有足够的自由容积去存储润滑脂。
[0104] 有利地且为了在压力加载期间最小化在螺纹区域处的径向间隙,螺纹区域具有在1至15度范围内、优选在5至8度范围内的负的插入牙侧角度SFA。
[0105] 有利地且为了在压力加载期间最小化在螺纹区域的径向间隙,螺纹区域具有在1至15度范围内、优选为在5至8度范围内的负的承载牙侧角度LFA。
[0106] 有利地且为了有助于阳部件和阴部件在装配开始时接合,每个端部1、2的螺纹区域沿着具有在5%至25%范围内的斜度的同一锥体母线9延伸,优选地斜度在10%至18%范围内。
[0107] 本发明还适用于任何类型的连接件,无论它是联接型、平齐型或者半平齐型。
[0108] 显然,本发明包括一配置,在该配置中,阴端部单独包括而阳端部不包括具有根据本发明的带有凹槽的密封表面的唇缘。
[0109] 显然,本发明包括一配置,在该配置中,阳端部和阴端部单独地包括在同一螺旋线上设置的多个相继的螺纹区域,而不包括单个连续螺纹区域。
[0110] 本发明还包括一配置,在该配置中,除了阳端部之外,阴端部也包括具有根据本发明的带有凹槽的密封表面的唇缘。
[0111] 这种类型的螺纹可用于加强具有燕尾形螺纹轮廓的连接件的唇缘并保证更好地控制唇缘的径向刚度。
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