抗疲劳的形成有腰部的螺纹管件制造技术

本发明专利技术涉及一种螺纹管件（２），具有例如在螺纹（４）下面的材料上形成的一条槽（３０）的一个斜面，以降低最先啮合螺纹牙（２２）处的壁的刚度。槽（３０）可避免在螺纹管件（２）的最先啮合螺纹牙（２２）和相配合的螺纹管件的相应的最后啮合螺纹牙上的拉伸负载。该二个螺纹管件可以装配在一起形成一个螺纹管接头。改进的负载传递特性可以减小由于疲劳造成的、在受到循环负载作用的螺纹管接头上出现裂纹的危险，同时不会降低螺纹管接头的静态性能。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及特别能承受静态应力和循环应力的螺纹管连接的阳螺纹管件或阴螺纹管件。本专利技术还涉及特别适合于承受静态和循环应力的螺纹管连接。
技术介绍
螺纹管连接包括在第一管端部的阳螺纹管件和在第二管端部的阴螺纹管件。第二管可是长度很大的管或一个管接头。这种螺纹连接具体地用于构成油气并或类似的井(例如地热井)的套管柱(casing strings)或生产管柱(production strings)或钻管柱(drill pipe strings)。在美国石油学院(API)说明书5B中，API提出了套管之间或生产管之间带有锥螺纹、梯形螺纹或倒圆的三角形螺纹的螺纹管连接。还已知有其他形式的使用直螺纹或两种螺纹高度的锥螺纹的螺纹管连接。例如，可参见美国专利US 4521042号和US 5687999号。近来，尽管由于需要，套管或生产管的厚度有限制，但为了能开采深井，将不同直径的立柱一根插在另一根中，套管或生产管要基本上可承受静态应力的不同组合(拉伸、轴向压缩、平面弯曲、内部或外部压力)。相反，只用于钻井的钻管基本上受循环应力(动态应力)作用，但其尺寸不受限制，因为在一个给定时间，给定直径的一柱钻管位于井下。如果不严格限制的话，工作过程中，循环应力会导致疲劳断裂。疲劳断裂在螺纹根部开始，一般是在工作中处在负载下面的承载螺纹牙齿侧面的侧面上，更具体地说，是在钻管每一个螺纹管件的最后啮合螺纹牙上发生断裂。在本说明书的其余部分中，术语“第一螺纹牙”是指在通过螺纹管件轴线的纵向截面上，位于螺纹管件自由端的螺纹。相应地，最后的螺纹牙是指位于螺纹另一端的螺纹牙。术语“啮合螺纹牙”是指螺纹管连接中，将负载从一个螺纹管件传递至配合的另一个螺纹管件的螺纹牙。当螺纹连接受到拉伸负载作用时，啮合螺纹牙为负载侧接触并将负载从一个螺纹管件传递至配合的螺纹管件的螺纹牙。延伸来说的话，在本专利技术书中所用的术语“螺纹管件的啮合螺纹牙”是指，当将二个螺纹管件连接，构成一个螺纹管连接时，将负载传递至配合螺纹管件的相应螺纹上的螺纹牙。从螺纹件的设计中已知螺纹管件的啮合螺纹的位置。这是由要连接的螺纹件的名义尺寸决定的理论参数。这样，可以很好地决定螺纹管连接的螺纹管件的最后或最先啮合螺纹的位置。然而，疲劳断裂的问题现在不仅在钻管中碰到，而且在某些油气井的生产管柱中也碰到。能够制成这种管柱的螺纹管连接，必须能够承受大的静态应力和循环应力。这种对应力承受的要求，现在在连接海床与离开海岸的油气开采平台的水下管柱中碰到。讲英语的本领域技术人员称为“riser”(“立管”)的管柱受到由波浪、潮汐和平台本身的移动在管柱上产生振动造成的水流引起的循环应力的作用。所有的应力主要都是循环弯曲应力和/或拉抻-压缩应力。这种对承受应力的要求在岸上油井中也可碰到。特别是，当为了加固油井(经常是偏离垂直线和有弯曲地方的油井)而投下转动的管子时，更会碰到这种要求。这时，投下转动的管子会产生回转弯曲。因此，为了提高疲劳强度，需要改进用于套管，生产管或立管的螺纹管连接。先前技术的螺纹管连接或非管连接(例如螺钉螺母形式)提供了一种改善受到循环变化的轴向拉伸负载作用的螺纹连接的疲劳强度的装置。专利申请WO 00/06931描述了一种螺纹管连接的阴螺纹管件。该阴螺纹管件的外圆周表面形成有锥度，并且随着靠近阴螺纹的自由端，直径减小，使得在第一螺纹牙处螺纹下面的材料厚度减小。这使得非常细长的阴螺纹自由端对冲击很敏感。包括US 5779416和专利申请JP 04157280与JP 0157283在内的许多文献提出在受拉力作用的阳螺纹管件的最后一个啮合阳螺纹牙以外的没有螺纹的部分上，使用一个U形的槽。这种槽的一个主要缺点是减小了在轴向拉力作用下应力最大的螺纹连接的临界横截面积，因而降低了螺纹连接承受拉力静态负载的性能。US 3933074说明了一种螺拴连接的螺母，其中，在最先啮合螺纹牙上的内螺纹，被许多在螺纹圆周上均匀分布的下凹的轴向槽断开，目的是将螺钉和螺母之间的轴向拉伸应力的最大传递区，从最先啮合的阳螺纹牙移向螺拴轴向长度的中间。长度可达到螺纹长度一半和深度可达到螺纹高度80％的这些槽，增加了最先啮合螺纹牙的挠性，但使形成这些槽的区域的螺纹承载表面减小大约20％。当要求承受静态应力的能力大和螺纹管连接内外都要密封时，这是一个缺点。另外，在第一螺纹牙一侧，螺母支承在螺钉头上(在螺钉的最后螺纹牙一侧)的解决方法并不能当然地直接适用于螺纹管连接。专利FR 1317815描述了在钻管阴螺纹管件的外圆周表面上形成的、不是太深的轮廓为盆形的环形槽。在该专利的图中，该槽形成在螺纹的中间，对第一或最后螺纹牙的壁没有影响。这可以将应力集中散布在整个阳螺纹上，同时增加了位于螺纹中间的槽下面的螺纹上的应力。但是，该专利没有指出，图中所示的应力场相应于什么应力(扭转、拉伸、压缩、弯曲)。这些应力场似乎是由钻管螺纹件的组合状态产生的应力。还应注意，在该专利的图中，该槽具有与螺纹管连接轴线平行的平的底部和陡的螺纹牙齿侧面。该螺纹牙齿侧面粗略地与该槽的底部和外圆周表面垂直。专利申请JP 58-187684和EP 0032265描述了一种形成在螺纹件的内圆周表面上、在没有螺纹的唇部自由端上，或基本上形成在所述唇部上的、带有盆形轮廓的环形槽的阳螺纹件。在该二个文献中，所提供的唇部是为了改善除疲劳强度外的螺纹管连接的其他特性(磨损强度，应力腐蚀强度，螺纹件锁紧就位)；而这二个文献中没有任何内容建议在阳螺纹唇部下形成的槽(在日本专利文献的情况下，可能稍微从最初的二个阳螺纹下突出出来)可以改善螺纹管连接的疲劳强度。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供螺纹管连接的阳螺纹管件或阴螺纹管件，这些螺纹管件可以承受a)静态应力，特别是轴向拉伸，轴向压缩、弯曲、扭转、内压力或外压力，和在连接过程中错位(dislodging)，包括简单或组合的静态应力(例如拉伸+内压力)；b)循环应力，特别是弯曲应力和拉伸压缩应力。在本说明书的其余部分中，将说明具有抗疲劳轮廓的螺纹管件。本专利技术的另一个目的是保证本专利技术的螺纹管件可用所有形式的螺纹制成锥形螺纹、普通的直螺纹、直螺纹与锥形螺纹的组合、单一或多个螺纹牙高度，梯形螺纹或三角形螺纹。这些螺纹使可以是过盈的或不过盈的。不过盈的螺纹可以是如欧洲专利申请EP 0454147中所述的形式，其二个螺纹牙齿侧面与配合螺纹的二个螺纹牙齿侧面同时接触(称为“粗螺纹”)；这些螺纹可以是如文献WO 00/14441中所述的轴向为压配合的形式，或者如US Re 30647中所述的宽度变化的楔形式。本专利技术的再一个目的是使该螺纹管件容易制造和检查。本专利技术的螺纹管件必须能用于构成油气井的生产管柱、套管柱或水下开采的“立管”或类似用途的螺纹管连接。本专利技术还有一个目的是提供一种密封的、特别是在循环应力作用下不漏气的螺纹管连接。在一个变例中，本专利技术的螺纹件必须能用于钻管柱中。本专利技术再一个目的是要提供一种螺纹管连接，其中，只有一个螺纹管件(例如阴螺纹管件)经过改造可以承受循环应力，而含有一个配合的螺纹管件没有经过改造。在一个变型中，该螺纹管连接的二个螺纹管件都经过改造，可以承受循环应力。带有抗疲劳轮廓的阳螺纹管件或阴螺纹管件形成在管的端部。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阳或阴螺纹管件（２，５１，６２），具有抗疲劳轮廓，用于螺纹管连接（１００，２００），该螺纹管连接可以承受静态应力和循环应力，螺纹管件形成在一个管（１０１，１０２，２０２）的端部上，根据该螺纹管件为阳螺纹式或阴螺纹式的不同，该螺纹管件包括在其外圆周表面上的阳螺纹（３）或在其内圆周表面上的阴螺纹（４）；所述螺纹管件包括在其壁上形成的、与螺纹（３，４）相适应的槽（３０，３１）形成的一个腰部，该槽从与形成螺纹的表面相对的螺纹管件的圆周表面（１０３，１０４）开始，对螺纹的螺纹牙（１１，１２）的几何形状没有影响，其特征为，至少在最先啮合螺纹牙处，槽（３０，３１）使螺纹下面的壁厚度减小，因而使其刚度减小。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：莱昂内尔维迪隆，
申请(专利权)人：法国瓦罗里克曼尼斯曼油汽公司，住友金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：FR[法国]