超高转矩的无涂布油螺纹接头制造技术

一种高转矩螺纹接头包括具有螺纹的套管元件和具有被构造和定位成与套管元件的螺纹匹配的螺纹（１０）的插头元件。梯形螺纹采用侧面对侧面接触的螺纹牙形，具有正的且非常低的负载侧面角（β↓［１］或ａ）和正的且非常低的入扣侧面角（β↓［２］或ｂ），其中螺纹涂有固体无涂布油表面处理层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有侧面对侧面接触的螺纹牙形的高转矩螺纹接头，梯形螺纹具有正的且非常低的负载侧面角(h或a)以及正的且非 常低的入扣侧面角(p2或b)，其中螺纹涂有固体无涂布油表面处理层。
技术介绍
在油气行业，需要具有"超高转矩性能"的螺纹接头，这在数字上意 味着具有大约40%的管体阻力的超转矩能力。常规技术通常提供大约 20%的超转矩能力。有限的现有技术能够达到超高转矩能力。 一种技术 需要楔形螺纹并在美国专利No.Re.34,467 (Reeves)和WO 94/29627 (Mott)中示出。美国专利No.6,412,831 (Noel等)公开了为了获得高 紧固转矩而对楔形螺纹的变形。己知美国专利No. Re.34,467中描述的斜楔形螺纹提供不寻常的强 连接以将相连的插头元件和套管元件的应力和应变控制在容许水平内。 出于这一原因，在许多重载应用中采样楔形螺纹。楔形螺纹通常为燕尾 形，具有负载侧面和入扣侧面，它们向外发散以形成基本上比相邻根部 更宽的顶部。这样形成互锁螺纹牙形构造，并且螺纹不会压靠在肩部上 以支承由组装产生产生的负载。然而，螺纹的燕尾形存在的问题是除非 在组装和拆开过程中连接件的轴向对准是正确的，否则插头元件和套管 元件的螺纹边缘会发生接触。这种接触可以防止插头元件在组装过程中 完全穿过套管元件并且会对螺纹产生破坏。W094/29627是楔形螺纹的另一实例，其具有比相应根部更宽的顶 部，并且入扣侧面和负载侧面通常都在相同方向上成一定角度，或者具 有常规相对于连接的纵向轴线测得的正和负角。这种构造可以降低螺纹 边缘在组装和拆开过程中形成接触的概率，由此将螺纹损坏的危险降至 最低。然而，在'627公开文献和'467专利中披露的楔形螺纹构造通常的缺 陷是对最终的转矩点的能量吸收非常低、因在最后接合螺纹中存在高应 力而导致的低疲劳强度、以及通常被称为回弹的更高趋势的脱扣。这种 楔形螺纹连接件需要严格的机械加工偏差，从而使它们制造困难和昂 贵，以及难以检查缺陷。另外，布置在负载侧面一侧和/或入扣侧面一侧 的楔形螺纹的锐角具有对连接功能不利的尖锐的刃。这种螺纹在使用过 程中还因螺纹根部开槽而变得更容易受到成形角度导致的损坏。美国专利No.6,412,831公开了一种两个金属管的螺纹连接，其包括 在插头元件具有外梯形螺纹以及在套管元件上具有匹配的内梯形螺纹 的型式的锥形螺纹。尽管螺纹在顶部的宽度小于螺纹在根部的宽度，但 这一点通过较小的负负载侧面角(a优选为-3。)与更大的正入扣侧面角 (b优选为13°)配对来实现，二者结合以在负载侧面与入扣侧面表面 之间限定仍然为正的(优选10°)的夹角(5e)。同时阳元件和阴元件 被说成能够到达一定位置，超过该位置外螺纹的两个侧面与内螺纹的两 个侧面形成接触，但要强调要紧的是需要粘性油脂形式的涂布油。(参 加第8栏，第46行)。因此，实现具有更高转矩的组装需要粘性油脂用于'831专利中示出 的改进的楔形螺纹几何结构。这是不利的。尽管不会存在任何半径干涉， 但粘性涂布油的存在在顶部和根部上都形成了较高压力，其使侧面之间 的接触压力变小，并导致转矩降低。出于这些原因，以及环境原因，特 别要求避免为达到高转矩值而采用涂布油。作为螺纹处理的常规涂布油或油脂(也就是作为API的改进油脂的 API 5A3)的优点和缺点是已知的。无需施加作为润滑剂的涂布油或油 脂的干式螺纹预处理的特定类别目前也是己知的，这种干式螺纹预处理 在此广义上被称为"无涂布油"。申请人在此通过参考引入美国专利申请公开No.2005/0176592Al的 公开内容以公开通过向螺纹表面施加包含本身导电的聚合物的干膜来 获得无涂布油的干式润滑剂涂层的其他细节。申请人还在此通过参考引 入美国专利No.6,971,681 B2的公开内容以公开在油气提炼行业采用的提高连接接头的抗腐蚀性和抗磨损性的螺纹干式表面处理的细节。
技术实现思路
一方面，本专利技术涉及螺纹接头，其包括具有螺纹的套管元件和被构 造和定位成与套管元件的螺纹匹配的螺纹的插头元件，其中套管元件和 插头元件各自具有侧面对侧面接触的螺纹牙形以及在匹配的插头和套管上匹配的低且正的负载侧面角(h或a.)和低且正的入扣侧面角(p2 或b.)。通常从与连接中心线正交的垂直线测得，低且正的侧面角应该 为大约3°到大约15°,更优选为大约3°到大约10°，并且更优选为大约 3°到大约5°。低、正的角度值的这些组合限定了在螺纹两个侧面表面之 间具有夹角(Se)的梯形螺纹，所述夹角范围在6°到30。之间并且优选 为8°。套管元件和插头元件中的至少一个的螺纹还可以具有倒角。套管元件和插头元件任一个或二者上的加工螺纹随后得到预处理， 具有无涂布油表面层。无涂布油表面涂层可以与公开的数学模型完全符 合并避免组装和拆卸之间压力差的影响。无涂布油表面处理层和用于负 载和入扣侧面角的低的正值的独特组合配合产生在组装或拆卸连接中 恒定的极高转矩。高组装和拆卸转矩对于采用旋转刀具的钻孔操作尤其 有利，因为其极大地降低了脱扣(回弹)的危险。在考虑以下结合附图的详细描述后将会清楚地了解到本专利技术的这 些和其他方面，附图中描述和示出本专利技术优选实施方式。 附图说明图1以剖视图示意性表示具有梯形螺纹的插头元件和套管元件的螺 纹构造，插头元件和套管元件的梯形螺纹各自具有根据本专利技术的无涂布 油涂层，以及图2以剖视图示意性表示具有梯形螺纹的插头元件和套管元件的优 选螺纹构造，所述螺纹在每个侧面表面与相邻顶部表面或根部表面之间 得到倒角或磨圆，螺纹的每个表面具有根据本专利技术的无涂布油涂层，以 及图3表示用于具有根据本专利技术实施方式的优选尺寸的插头元件的改 进的偏梯形型式的梯形螺纹构造的正的、低负载和入扣侧面角，以及5图4表示用于具有根据本专利技术实施方式的优选尺寸的套管元件的改进的偏梯形型式的梯形螺纹构造的正的、低负载和入扣侧面角，以及图5是表示用于具有API涂布油或根据本专利技术的无涂布油涂层的不同构造的最大转矩变化的表，以及图6是表示根据本专利技术作为不同干涉值的函数的不同低负载和入扣侧面角组合的最大转矩变化的曲线图，以及图7是表示根据本专利技术作为不同低到更高入扣侧面角的函数的最大转矩变化的曲线图。图8是表示根据本专利技术用于不同螺纹几何构造的最大转矩变化的表。具体实施例方式本专利技术提供一种具有由梯形螺纹限定的侧面对侧面接触的螺纹牙形的螺纹接头，所述梯形螺纹具有正的且非常低的负载侧面角(P,或a)以及正的且非常低的入扣侧面角(P2或b)。具体地，本专利技术提供一种包括套管元件和插头元件的螺纹接头，插头元件和套管元件各自因梯形螺纹牙形而具有侧面对侧面的接触，侧面之间的夹角Se优选大约为8°，由优选各自在大约3°到5。之间非常低但正的负荷和侧面角限定。用于套管元件和插头元件的这种螺纹经机械加工后以及在施加无涂布油涂层后在图l和2中示意性示出。图3和4示意性表示优选实施方式的细节，其包括3.5英寸的OD以及改进的偏梯形螺纹形状，其中向侧面表面与顶部表面或根部表面的相交区域施加倒角或磨圆，为了表示清楚不具有无涂布油涂层。图3表示用于具有根据本专利技术实施方式的优选尺寸的插头元件的梯形螺纹构造的优选正的负荷和入扣侧面角。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高转矩螺纹接头，包括具有阴螺纹的套管元件和具有被构造成与套管元件的螺纹匹配的阳螺纹的插头元件，其中套管元件和插头元件具有适用于在负载侧面与入扣侧面之间实现同时匹配接触以及半径干涉值较低的梯形螺纹牙形和螺距，从垂直于接头纵向轴线的平面测得的负载侧面角和入扣侧面角每个都是低的正值并且范围在大约３°到大约１５°之间，插头元件螺纹和套管元件螺纹中的至少一个被涂覆薄层的不含涂布油的固体材料，所述固体材料含有干式润滑剂。

【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：加布里埃尔E卡尔卡尔奥，弗朗西斯科阿尔弗雷多基罗加，
申请(专利权)人：特纳瑞斯连接股份公司，
类型：发明
国别省市：LI[列支敦士登]