用于管状连接件的浮动楔形螺纹和形成管状连接件的方法技术

一种管状连接件（５０）包括在第一级（４１）上具有初始组装位置的第一螺纹（７４，５４）以及在第二级（４２）上的第二螺纹（５５，７５），所述第二螺纹是楔形螺纹并在第一螺纹的初始组装位置处于插入螺纹面（７９）和负载螺纹面（５９）上具有选定间隙（９０）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及在油气井钻井和生产中采用的螺纹管状接头，例如 管道、套管、管线以及钻管，即通常大家总称的油田管材。具体地，本 专利技术涉及通过相对旋转并施加转矩来连接销钉元件和套管元件以实现 组装的管状接头。更具体地，本专利技术涉及具有负载螺纹面、插入螺纹面 和正止动转矩肩部的两级楔形螺纹，该螺纹在管状接头的阳螺纹与套管 元件之间提供可靠的加压密封连接，而无需为了组装施加过多转矩和工 作能量。.
技术介绍
为了以首尾相连关系连接流动管道以形成运输加压流体用的连续 流动路径，众所周知的是采用螺纹管连接。油田管件的一种特定用途是 通过将多段管件连接在一起在所需深度钻孔。所述接头被用于支承压縮 和拉伸载荷，从一个元件向下一元件传递旋转力或转矩并对通过管状元 件内部传送的加压流体通道进行密封。油田管材通常采用带螺纹的端部 连接件或接头连接相邻区段的管道、管路或管状元件。设计用在油田管材的这样的带螺纹的端部连接的实例在美国专利No.2,239，942、 2,992,019、 3,359,013、 RE30，647和RE34,467中被公开了 ，这些专利都 被转让给本专利技术的受让人。在授予Blose的美国专利No.RE30，647中公开了一种用于管状连接 件的特殊螺纹形式或结构，其提供异常坚固的连接，同时将连接后的销 钉元件和套管元件内的应力和应变控制在容许水平内。所述销钉元件具 有至少一个大体燕尾形的外螺纹，外螺纹的宽度在沿螺纹件的一个方向 上增加，而套管元件具有至少一个大体上燕尾形的匹配内螺纹，内螺纹 的宽度在另一方向上增加。这样，这副匹配的螺旋状螺纹提供了相向的 阳螺纹螺纹面和阴螺纹螺纹面的楔形接合，这种接合限制阳螺纹和套管元件之间的相对旋转程度并限定实现连接的强制组装条件。这被称为 "楔形螺纹"。在这种楔形螺纹结构中，能采用螺牙夹角以及螺纹宽度来 控制给定组装转矩下在阳螺纹和套管元件内产生的应力和应变预载荷 状态。因此，通过为特定应用或用途特制楔形螺纹结构，管状连接件或 接头仅受所选材料的特性的限制。应当认识到在此采用的某些术语同通常对它们的理解一样，其中管 状接头被连接在沿所述管件的中心轴线的竖直位置，例如当为下降到井 孔内要组装支管时。因此，术语"负载螺纹面"指的是螺纹的侧表面，该 侧表面远离上面形成螺纹的相应阳螺纹或套管元件的外端并支承悬挂 在井孔内的下方管件的重量(也就是拉伸载荷)。术语"插入螺纹面"指 的是螺纹的侧表面，该侧表面面向相应阳螺纹或套管元件的外端并承受 彼此相向挤压所述接头的力，这样的力比如是在接头的初始组装过程中 上方管件的重力或者推动下方管件压靠在钻孔底部所施加的力(也就是 压紧力)。术语阴螺纹的"面"是套管元件中从阴螺纹向外面对的一端， 术语阳螺纹的"前端"是销钉元件中从连接件的螺纹向外面对的一端。在 组装连接件时，阳螺纹的前端被插进阴螺纹的所述面并穿过所述面。如图1所示，现有技术的单级连接件IO包括销钉元件11和套管元 件12。套管元件12在上面形成有锥形内螺纹结构14，该内螺纹结构适于与形成在销钉元件11上互补的锥形外螺纹结构15接合以通过可拆开的方式机械地固定套管元件和销钉元件。套管元件12的内螺纹14具有插入螺纹面18、负载螺纹面16、牙 根20和牙顶24。阴螺纹14是楔形螺纹，基本上沿螺纹14的整个螺旋线长度的一个方向上宽度以均匀比率逐渐增大。销钉元件11的外螺纹 15具有插入螺纹面19、负载螺纹面17、牙根21和牙顶25。外螺纹15 是楔形螺纹，基本上沿螺纹15的整个螺旋线长度的另一方向宽度以均 匀比率逐渐增大。阴螺纹和阳螺纹14和15相向增大的螺纹宽度和锥度 分别促使相应螺纹的互补螺纹面、牙根和牙顶在连接件的旋转组装过程 中同时移动形成强制接合。楔形螺纹可以具有矩形形状的横截面，燕尾 形形状的横截面、或者连续沿逐渐成锥形的楔形螺纹的螺旋线长度的其它形状。在连接件旋转组装时，螺纹面对面的接合能够提供防止流体在 螺纹之间流动的密封表面。在形成楔形螺纹连接的井中设置螺纹密封。 在组装时可以在销钉元件11的锥形部分26和套管元件12的锥形内部27设置附加密封，例如在连接件端部的重叠部分之间通过径向干涉形成 的金属对金属(metal-to-metal)的密封。销钉元件11或套管元件12限定了组装连接件10的纵向轴线13。 阴螺纹和销钉元件的牙根和牙顶大体上为平的并平行于连接件的纵向 轴线13，并且具有足够宽度防止在组装连接件时螺纹发生任何永久变 形。例如，在螺纹的牙根处具有的最小螺纹宽度大于螺纹的高度，这大 体上能够提供支撑受负载螺纹面的适当剪切面积。通过外螺纹15的牙 根和牙顶的直径从销钉元件11的前端到连接处逐渐增大并且通过内螺 纹16的牙顶和牙根的直径从套管元件12的面到连接处逐渐增大形成锥 度。图2表示现有技术的两级楔形螺纹连接件28。销钉元件29与套管 元件30螺纹接合以形成沿中心轴线40同轴的连接件28。包括连接件的 螺纹被分成两个不同的"级"，大级通过括号31表示，小级通过括号32 表示。当销钉元件29"被插入"套管元件30时，销钉元件29在小级32 处的螺纹的牙顶33在它们最大设计高度也不会与套管元件30在大级31 处的螺纹牙顶32干涉。销钉元件29的小级32比套管元件30在大级31 处的最小的牙顶对牙顶(crest-to-crest)的螺纹直径小。越过大的阴螺纹 件的外螺纹和数个啮合螺纹，小的阳螺纹的外螺纹能够被"插入"。小螺 纹和大螺纹每转一圈进行接合以组成连接件。因而，在相同数量的接合 螺纹下减少了螺纹在旋转中相互滑动或摩擦的圈数。通常，连接件被设计成包括金属对金属的密封以保持管道流体压力 在连接处的密闭。 一般来说，沿着围绕连接处的周向连续接触区域，当 两金属表面之间的接触压力超过要被密封的流体压力时，会形成金属对 金属的密封。通常在连接件的组装过程中形成所述接触压力，尽管一些 形式的金属对金属的密封会通过从内部使管道增压另外被加强。金属对 金属的密封的优点是不会因在井中经常发现的高温或化工产品而性能变差。光滑、均匀的表面便于形成密封。备选地，可以通过提供进行不 连续的同时变形和压縮所需的足够的力，在相对的阳螺纹与阴螺纹表面 之间形成连续的圆周接触压力区域来促进形成密封。为此有时采用正止动(positive-stop)转矩肩部。以上所述的图2表示具有金属对金属密封34的管状接头的实施方 式，所述密封位于大级31与小级30之间。通过销钉元件29与套管元 件30上在39处的环形肩部的金属表面之间的干涉以及所产生的金属对 金属的接触压力形成密封34。环形肩部的表面在提供表面对表面的密封 接合时的压縮中出现微量弹性变形，同时在两级上的交互接合螺纹有效 地提供对所施加的转矩的正止动。金属对金属的密封还被示出于销钉元 件29的前端35。当连接件28组装时通过负载螺纹面的接合和旋转产生 的轴向力使互补表面被推到一起。还应当认识到，在连接件的套管元件 30的底端36处也能形成金属对金属的密封。因而，可以在端部35或 36任一处或者在两级连接件的中间34、或者在位置34， 35和/或36中 不止一个的任意组装处形成金属对金属的密封。具有一个或多个负夹角负载螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管状连接件，包括：销钉元件，在销钉元件的接合级上具有第一外螺纹并在销钉元件的浮动级上具有第二外螺纹，第一外螺纹具有负载螺纹面、插入螺纹面、牙根和牙顶，并且第二外螺纹具有负载螺纹面、插入螺纹面、牙根和牙顶；套管元件，在套管元件的接合级上具有第一内螺纹并在套管元件的浮动级上具有第二外楔形螺纹，第一外螺纹具有负载螺纹面、插入螺纹面、牙根和牙顶，并且第二外螺纹具有负载螺纹面、插入螺纹面、牙根和牙顶；以及其中，当连接件组装时在第二外楔形螺纹的负载螺纹面和插入螺纹面与第二内楔形螺纹的相应插入螺纹面和负载螺纹面之间存在至少一个选定的间隙，根据组装时的弹性变形以及组装时管状连接件至少一种材料的弹性变形极限选择所述至少一个选定的间隙。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：达维德卢埃林马利斯，罗伯特S西夫勒四世，小哈里斯A雷诺兹，
申请(专利权)人：海德瑞有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]