能够经受直径扩张的管状螺纹连接制造技术

本发明专利技术涉及被扩张的螺纹连接，包括在外螺纹元件（１）一端的唇（５）和用于所述唇的在内螺纹元件（２）上的壳，用以使螺纹连接能够被密封并在经受了大于１０％的直径扩张后具有最大的内部通路截面。在扩张前，通过所述面的形状的配合，自由凸端面（９）被插入凹壳的部分横向的凹肩面（１０）内，并且凸唇（５）的外周面（７）与凹壳（６）的内周面（８）之间有间隙。这样的螺纹连接特别适用于在油井中使用的套管或管。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种能够经受直径扩张所引起的塑性变形的管状螺纹连接，并涉及在这样的扩张后所获得的连接。
技术介绍
已知的管状螺纹连接形成在两个很长的管之间或很长的管和联接器之间，并尤其适用于生产用于碳氢化合物井等(例如地热井)的管套柱或管套。通常，钻井时使用不同直径的工具，钻井的顶部时使用例如直径为500mm数量级的大直径的工具，而使用直径为150mm数量级的小直径工具钻井的底部。然后，使用多个从表面悬挂的共心套柱套在井的内部，直径较大的管从地面延伸到几百米的深度，直径较小的管从地面延伸到井的底部。套管和地之间的空间通常被封死。当井被完全钻透并套住时，管套被向下放入到直径较小的管套柱的内部，以便允许碳氢化合物升到地面。因此，装配钻井设备要求使用大量的不同尺寸的管，这些管子应尽量地薄，这样在地面附近就不需要太大的套管直径。考虑到所需的机械性能，通常用热处理后的钢生产套管和产品管(production pipe)，并通过螺纹连接把这些管子连接起来，螺纹连接的厚度通常大于管的常规部分，并要求共心套柱的直径之间有缝隙。来自美国石油研究所的API规范5CT定义了很长的管(整体连接管，流线型套管)之间的管状螺纹连接和包括两个通过使用联接器来连接两个长管的螺纹连接的螺纹和联接器连接。很多专利已经改进了这样的连接和螺纹连接例如，法国专利FR1489013，欧洲专利EP0488912和美国专利US4494777的目的是生产一种管被称为“高级”连接的管状螺纹连接，由于金属-金属密封面和凹、外螺纹元件之间的接合，该连接有特别好的密封效果。最近，人们思考出了在碳氢化合物井中使用管套柱的新方法，包括通过使用压入柱内侧的心轴来将管的直径扩张10％到20％参见以下专利或专利申请WO93/25799，WO98/00626，WO99/06670，WO99/35368，WO00/61951，GB2344606，GB2348657。这样的扩张，例如，允许放置管套柱时不必封死管的外周面和钻入地面的孔的表面之间的空间，或相对孔向下降低体积很小的套柱。这样的扩张还使得能够塞住由于腐蚀或钻套的摩擦而在套管或油管内穿透形成的孔，或使得能够下降体积很小的管，该管一旦到位便扩张到希望的直径。但是，扩张技术应该首先允许待钻的井在其整个长度上具有均匀的直径，并且使用直径恒定的套柱来装套管，未扩张状态下的管被引入，然后扩张以适应井的直径。因此，通过除去直径最大且最厚的管可以极大地减少装配钻井设备所需的管数，并因而减少了井的开发成本。甚至可以考虑直接使用套管柱钻井，这时套管柱用作钻套。但是现有技术的管状螺纹连接(例如US4494777所描述的)无法实现如上应用。使用这样的连接，在扩张后●会发现缺少密封，该密封专门防止沿柱液压心轴来进行扩张；●从向着连接内部的凸端发现浇口，通过产生进入由工作内径所限定的空间的内部凸起，其很大程度地并不可接受地减小了套柱的工作内径；●可能地，由于超过了一定的特定的高压区域的变形范围，观察到唇的断裂，这是因为沿凸内螺纹元件的厚度相对管体的厚度发生变化。鉴于上述原因，以上引用的涉及扩张技术的文献仅仅描述了焊接连接(先前端部焊接的管卷，从表面展开)或摩擦连接(“滑动”)作为管间连接的实施例，尽管螺纹连接的综合机械强度、在所有工作条件下的密封和进行一系列顺序地装配和拆卸过程的可能性是公知的。应该明白，US5924745和WO98/42947描述了连接被称为“EST”管(可扩张开槽管)的螺纹连接，这种管设置有纵向开槽，通过将扩张心轴穿过这些管，该开槽允许在碳氢化合物井的底部的管直径扩张。这样的螺纹连接的目的不是提供密封，假定管设置有横跨管壁并允许在管外侧的流体(来自油田的碳氢化合物)进入管内并上升到地面的开槽。
技术实现思路
因此，我们寻求开发出一种能够抵抗井内的扩张操作、并在所述扩张操作后对流体及对气体(如果可能的话)密封的管状螺纹连接。我们还寻求一种生产简单、便宜的管状螺纹连接。我们还寻求一种在工作条件下具有良好的冶金特征的螺纹连接，并因而在扩张后具有在该条件下的足够的屈服强度，并且不具有脆性，具有良好的应力裂纹特征。根据本专利技术，用于扩张的管状螺纹连接包括外螺纹元件和内螺纹元件，外螺纹元件带有在第一管的端部的外螺纹，内螺纹元件带有在第二管的端部的内螺纹。在外螺纹之外并向元件的自由端移动，外螺纹元件包括不带螺纹的凸唇，其具有外周面，外螺纹元件中止在凸端面，该凸端面是环形的并带有部分横向定位。内螺纹元件包括和外螺纹配合的内螺纹和用于凸唇的不带螺纹的凹壳。该壳包括内周面和环形的凹肩面，该凹肩面带有和第二管的内周面相连的部分横向定向部分。外螺纹和内螺纹配合并进入凸端的表面对着凹肩的表面结合的位置。根据本专利技术的一般特征，使得管状螺纹连接能够被密封，并且，在经受塑性变形区域内的直径扩张之后，该管状螺纹连接具有最大的内部截面，在扩张前，凸端和凹肩的表面的形状互补，将凹端面嵌入凹肩面内。此外，凸唇的外周面距凹壳的内周面设置小缝隙。将凸端面嵌入凹肩面内意味着当位于凹端外的第二管的全厚度区域在扩张过程中相对连接轴倾斜时，会出现弯曲力矩。嵌入使得在直径扩张的条件下，能够通过凸唇的外周面的一部分和凹壳的内周面的对应部分之间的金属/金属接触压力在螺纹连接上组成环形密封区域。嵌入还可以防止在扩张过程中所述自由端向套柱内部的任何自然趋势，并在缺少这样的嵌入的条件下产生内部突出。将在说明书的详细部分说明在扩张过程中的这种性能，专利技术人意外地发现了该特性。术语“凸唇的外周面和凹壳的内周面之间的小缝隙”是指垂直这些面的、测量值为0.3mm或更小的缝隙。在凸唇的外周面和凹壳的内周面之间不存在明显的径向干涉意味着，在非扩张连接中，这些周面不用作密封面。专利技术人指出，在扩张螺纹连接之前，这些表面之间的径向干涉对于扩张后生成密封的连接是不必要的。他们还指出，这些面之间的过大空间不允许它们在扩张后进行获取密封的螺纹连接所必需的干涉配合。现有技术文献US4611838描述了一种螺纹连接，其带有与凹壳对应的凸唇，还带有包括环形齿的凸端的环形面和包括环形槽的凹肩的环形面，这两个面彼此靠着，具有环形外周边端面的凸唇和具有锥形内周面的凹壳。在配合的末尾，这些周面径向地干涉，从而构成密封面；US4611838的目的是由于这些周面的形状和用于齿的下表面的槽的下表面的支持效果，在配合的末尾，可以最大化凸唇的外环形周面和凹壳的内锥形周面之间的径向干涉(并且因而为螺纹连接提供密封)。但是，该专利中的凸端面没有全部地嵌入螺纹连接的凹肩面内，所以在凸唇自由端的舌处的侧壁和在凸唇自由端的基处的凹槽的上壁之间的自由空间导致不能向凸唇的自由端传送弯曲力矩。在该文献中没有对带有塑性变形的直径扩张的表面密封的效果提出暗示，也没有对螺纹连接能够成功地经受这样的扩张做出暗示。依专利技术人的经验，根据美国专利4611838的螺纹连接的密封在这样的扩张后难以保证。美国专利3870351描述了一种凸唇和凸凹壳的结构，该结构接近美国专利4611838的结构，自由凸端的表面外突地弯曲，并与内凹地弯曲的凹肩的表面配合，以便产生两组金属-金属密封面，一个在弯曲表面的高度，另一个在凸唇的外周面并且在凹壳的内周面上。这样的结构可以增加周本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可以扩张的管状螺纹连接，包括在第一管（１１）一端的外螺纹元件（１）和在第二管（１２）一端的内螺纹元件（２），该外螺纹元件包括向所述外螺纹元件自由延伸的外螺纹（３）和凸唇（５），该凸唇包括以环形的凸端面（９）相对螺纹连接的轴横向终止的外周面（７），该内螺纹元件（２）包括对应于外螺纹（３）的内螺纹（４）和用以容纳凸唇的非螺纹凹壳部分（６），所述凹壳包括内周面（８）和凹肩面（１０），该凹壳是环形的并具有部分横向的定向，外螺纹（３）和内螺纹（４）配合并到达凸环形端面（９）和凹肩面（１０）相接合的位置，其特征在于，为了使所述螺纹连接在经受塑性变形区域内的直径扩张后能够密封并具有用于通道的最大的内部截面，在扩张前，凸端面（９）和凹肩面（１０）的环形面具有互补的形状，以便将凸端面（９）嵌入凹肩（１０）的面，并且，凸唇（５）的外周面（７）到凹壳（６）的内周面（８）之间设置小的缝隙。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：让卢克库龙，蒂里诺埃尔，加布里尔鲁西，伊曼纽尔瓦伦尼，
申请(专利权)人：法国瓦罗里克曼尼斯曼油汽公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]