具有高紧固扭矩的两金属管的螺纹连接制造技术

一种两个金属管的螺纹连接，包括在雄元件上的具有梯形螺齿的锥度外螺纹（３）及在雌元件上的配合的内螺纹（４）。外和内螺齿（１１、１２）在其螺齿齿顶的长度（１３、１４）小于在螺齿齿根（１１、１２）的。齿顶的宽度（１３、１４）大于相配合螺纹的齿根的宽度（１５、１６）。雄和雌元件拧到超过外螺纹的两个齿侧面（１３、１５）与内螺纹的两个齿侧面（１４、１３）相接触的位置。这种连接提供了高度紧密的扭矩。螺齿可包括一位于螺齿齿顶的槽。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于两个金属管的螺纹连接，具有带锥度的螺纹以及梯形的螺齿。这种连接是公知的，尤其是用于铸造管或机加工管的串列或用于油气井的油管串列。在本说明书的以下部分中，术语“用于两金属管的螺纹连接”将包含在两个长管之间的整体连接以及在第一长管和第二短管，如管接头之间的连接二者。美国石油学会(API)定义在规范API 5CT中，规定了用于油气井生产和构造的金属管和螺纹金属管连接；并且在规范API 5B中，规定了用于这种连接的标准的带锥度的螺纹形式。这种API螺纹连接的螺纹为梯形并且在每个雄和雌元件上包括螺齿齿根，螺齿齿顶以及两个齿侧面，即，承载齿侧面(load flank)和穿入齿侧面(stabbing flank)。螺齿齿顶和螺齿齿根一般与螺纹的锥度平行。被称为承载齿侧面是由于在连接受到拉力，例如由管的重量产生的拉力时，它们彼此抵靠，以使连接可以承受如此拉力。承载齿侧面位于螺纹上与穿入齿侧面相对。当拼合(makeup)这种API连接时，取决于螺纹的锥度，在对应一给定的雄和雌元件的相对位置的给定时刻，一个元件的螺齿齿根与另一个元件的螺齿齿顶相接触。如果，雄元件持续拧入雌元件中超过该位置，雄元件开始径向与雌元件干涉，其导致雌元件膨胀且雄元件压缩；这种干涉必需被限制以便不会产生过大的应力和变形。径向干涉的转动的两个表面的相配合点之间的径向过盈一般被定义为在那些点的半剖面的直径公差，该公差是在连接前测得并取正，当两个表面一旦连接时，在配合点之间施加接触压力。为了限制这种应力或变形，可以在每个雄和雌元件上提供一相对于连接轴基本横向定向的环形承载表面，承载表面被定位成在拼合过程的一给定时刻彼此抵靠，从而精确地限定了拼合完成的位置。例如，在连接拼合结束时的位置，由到达该位置所需的扭矩决定。利用相抵靠的承载表面定位连接具有的其他优点如下将连接螺纹的承载齿侧面置于其能够承受的拉应力下，该应力是工作时连接所承受的应力；雄和雌元件的精确定位，从而在连接的雄和雌元件中每个都包括密封表面，该表面与位于相配合元件的密封表面径向干涉时，在表面间保证了高的金属接触压力，而不会有其塑性变形的风险；由于拼合扭矩，减小了偶然脱开的风险，该连接脱开之前必需克服该拼合扭矩，并且该扭矩被适当地限定并在最小值以上。欧洲专利EP-A-0,488,912描述了一种连接，具有一个拧入另一个的锥形螺纹，一对径向干涉的金属-金属密封表面以及一对抵靠承载表面，即在雄元件的端部的一中凹的锥形表面和在此元件的内部肩台上形成的凸出的环形表面。这种螺纹连接可以被制成具有较高名义拼合扭矩，例如，其可达到34kN.m(250001bf.ft)，这在大多数情况下都足够了。但是，可能需要形成具有更高扭矩的连接，尤其是对于用于多倍偏斜的井或能够在单独一点开采一宽阔区域的水平井中的铸造管。用于在一端转动包含油管的串列(开采线)的技术的应用也允许水平井更好地加强，但是如果要在串列转动时防止螺纹元件相对彼此地转动，就要求形成的管连接具有大于串列旋转扭矩的扭矩，元件之间的转动会改变连接的使用特性，尤其是它们的密封特性。下表1给出了用于该用途的理想的拼合扭矩的概念。 表1．拼合扭矩的理想数量级如果抵靠表面的径向宽度增大的话抵靠承载表面就能承受如此扭矩而不变形，但是就不得不使用很厚的管，其可能与工作需要不相符。从而，不得不使用抵靠承载表面以外的其他装置来吸收较高的拼合扭矩。国际专利申请WO94/29627描述了一种具有锥度螺纹和梯形螺齿的螺纹连接，被公知为以大致燕尾形状的楔形螺纹，并具体地说为半个燕尾形。这种螺纹被公知为楔形螺纹或具有可变宽度的螺纹，由于雄和雌螺纹的宽度从螺纹的一端到另一端以雄和雌螺纹之间相互协同的方式变化。这种螺纹被称为“半燕尾”，是由于，其只在一侧伸出在螺齿齿根之外，在承载齿侧面上，或在穿入齿侧面上，并且由于承载齿侧面和连接轴法线间的角度和穿入齿侧面与所述法线间的角度为，使螺纹的宽度在齿顶处大于齿根处。根据WO94/29627，当雄元件与雌元件啮合时，最窄的齿顶面对最宽的齿根并且在相配合的螺纹之间存在较大的轴向间隙。随雄元件拧入雌元件，轴向间隙减小直到雄螺纹的齿侧面与相配合的雌螺纹的齿侧面相接触的位置。超过那个位置，雌齿侧面与雄齿侧面相干涉并且在作为转动的函数的拼合扭矩曲线上产生一快速的升高。根据WO94/29627的这种连接由于被扩大的表面，而确实能够承受较高的拼合扭矩，但是它具有很多重要的缺点首先，变宽度楔形螺纹加工成本高并难于检测。此外，设置于负载齿侧面侧及/或穿入齿侧面侧的燕尾或半燕尾的锐角构成对切割和闪火花敏感的尖角，这种切割对连接的功能有害。这种尖角也进入螺齿齿根，并且导致螺纹在使用时更易断。本专利技术目的是提供一种螺纹连接，其可以形成高的拼合扭矩T，免于上述缺陷，并且具体地说，提供一种螺纹连接，其加工成本低，并可以容易地操纵到位。我们也寻求提供一种螺纹连接，从而在相当大地转动后，例如一圈或更多圈，获得理想的拼合扭矩。同时我们也在一定的结构中确保，拼合扭矩-转动的曲线的斜度从一给定扭矩减小，导致拼合扭矩的自身抑制特性。我们也寻求提供一种连接，其对应内部和/或外壁流体特别紧，甚至在许多拼合脱开后。在本专利技术的两个金属管之间的螺纹连接包括在第一管端部的雄元件，其拧入在第二管端部的雌元件中。雄元件具有梯形螺齿的外锥度雄螺纹，此处，在螺齿齿顶的螺纹宽度小于在螺齿齿根的螺纹宽度。雌元件包括具有梯形螺齿的内锥度雌螺纹，具有与雄螺纹的螺齿相配合的形状。术语“与雄螺纹相配合的雌螺纹”在此意思为雌螺纹的锥度和螺距与雄螺纹的大致相同，并且雌螺纹的螺齿形状与雄螺纹的大致相同，特别是雌螺纹的承载齿侧面和穿入齿侧面的倾斜度与雄螺纹上的相应的齿侧面的相同，与雄螺纹的一样，雌螺纹的齿顶宽度小于齿根宽度。明显地，雄螺纹的形状与雌螺纹的相互匹配。雄和雌螺纹中每个的齿顶的宽度比相配合的螺纹的齿根宽度大。雄元件通过拧入雌元件中到达这两个元件的一相对位置处来定位，这个位置超过了在拼合时两个雄螺纹齿侧面与两个雌螺纹齿侧面相接触的位置，从而由雌螺纹导致了雄螺纹的轴向过盈配合，反之亦然。取决于所用的雄和雌梯形螺纹的配合形式，以及由于在齿顶的螺纹宽度低于在齿根的螺纹宽度，雄和雌螺纹径向穿入，并随在拼合过程中发生的螺纹轴向前进，由楔嵌效应楔入相配合的凹部内，并从而超过两个相配合齿侧面的接触位置，由雌螺纹导致雄螺纹的轴向过盈配合，反之亦然。在整个齿侧面的表面上的过盈配合导致在螺纹内吸收较高程度的拼合扭矩T的可能。这种螺纹的特征为，它们可以廉价地被制造，它们能够容易地检验并在使用时不易断裂。EP-A-0,454,147描述了一种螺纹连接，具有锥度螺纹及梯形螺齿，其雌螺齿齿顶的宽度大于雄螺齿齿根的宽度并且当连接拼合完成时，一个元件的螺纹的两个齿侧面与相配合元件的齿侧面相接触，至少在螺纹的一部分上是这样的。然而，在EP-A-0,454,147中，目的只在于配合齿侧面间的简单接触，甚至只部分接触，以便在该连接受到拉应力后受压应力时，由于在穿入齿侧面预先存在的轴向间隙，不会出现其的重新定位，该重新定位可以导致金属的塑性变形，尤其是密封表面，并从而在连接再次受到拉应力时可以导致渗漏的危险。为了在拼合完成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于两个金属管的螺纹连接（１００），包括在第一金属管末端的雄元件（１），其拧入在第二金属管末端的雌元件（２）中，雄元件（１）包括带有梯形螺齿（１１、７１、３１）的外锥螺纹（３），螺齿包括两个齿侧面，即承载齿侧面（１３、７３、３３）和穿入齿侧面（１５、７５、３５），在雄螺齿齿顶（１７、７７、３９）的螺纹宽度（ｅ３）小于在雄螺齿齿根的螺纹宽度（ｅ１），雌元件（２）包括带有梯形螺齿（１２、７２、３２）的内锥雌螺纹（４），所述螺齿具有与雄螺纹（３）相配合的形状，在每个雄和雌螺纹的螺齿齿顶的宽度（ｅ３、ｅ４）大于所配合的螺齿齿根的宽度（ｅ６、ｅ５），其特征在于，雄元件（１）通过拧入雌元件（２）内到达一这两个元件的相对位置，所述位置超过在拼合过程中雄螺齿（１１、７１、３１）的两个齿侧面（１３、１５、７３、７５、３３、３５）与雌螺齿（１２、７２、３２）的两个齿侧面（１４、１６、７４、７６、３４、３６）相接触的位置，以便由雌螺纹产生雄螺纹的轴向过盈配合，且反之亦然。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：西里诺埃尔，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]