进阶楔形螺纹连接及相关方法技术

一种螺纹连接，其包括带有第一销钉进阶和第二销钉进阶的销钉元件，销钉楔形螺纹配置在每个第一和第二销钉进阶上，并包括带有第一套管进阶和第二套管进阶的套管元件，套管楔形螺纹配置在每个第一和第二套管进阶上，其中第一和第二销钉进阶的轴向间距不同于第一和第二套管进阶的轴向间距。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文中公开的实施方式通常涉及螺纹连接。更特别地，本文中公开的实施方式涉及两级进阶楔形螺纹连接及相关构成方法。
技术介绍
套管接头、衬管、钻管和钻铤(统称为“管材”)常常应用于井的钻挖、加工和生产。例如套管接头，其可以安置在井筒上以稳定一种构造，以保护一种构造抵抗升高的井筒压力(例如超过构造压力的井筒压力)等。套管接头可以通过螺纹连接、焊接连接和其他的在现有技术中已知的连接以首尾相连的方式连接。连接可以这样设计，因此在连接的套管接头的内部之间形成密封，并且在套管接头的外壁和井筒的壁之间形成环形空间。该密封可能是，例如弹性体密封(例如O型环密封)，靠近该连接形成的金属对金属的密封或者在现有技术中已知的类似的密封。在一些连接中，密封形成在内部和外部螺纹之间。具有该特征的连接据称带有“螺纹密封”。在本文中使用的“螺纹密封”指的是形成在套管元件的内螺纹和销钉元件的外螺纹的至少一部分之间的密封。应当理解的是，本文中使用的一些术语是利用它们按照惯例的理解，例如当装配从高处放入到井孔(well bore)的管道支线时,其中管接头沿着管形构件的中心轴在竖直位置连接。这样，术语“载荷齿面(load flank)”表示一种螺纹侧壁表面，所述表面远离形成有螺纹的分别的销钉或套管元件的外部端，并且所述表面支撑悬垂在井孔中的下部管形构件的重量(即拉力载荷)。术语“入扣齿面”表示一种螺纹侧壁表面，所述表面朝向分别的销钉或套管元件的外部端，并且该表面支撑挤压以使得接头彼此相对的力，例如在接头最初组装的过程中上部管形构件的重量，或者例如施加来推动下部管形构件抵靠钻孔的底部的力(即挤压力)。术语套管的“面部”是从套管的螺纹朝向外的套管元件的端部，术语销钉的“鼻部”是从连接的螺纹朝向外的销钉元件的端部。在连接的组装上，销钉的鼻部扣入并经过套管的面部。一般用于形成螺纹密封的一种螺纹是楔形纤维。在图1A和图1B中，显示了带有楔形螺纹的连接100。“楔形螺纹”的特点在于在销钉元件101和套管元件102上的相反的方向，螺纹的宽度(即在载荷齿面125及126和入扣齿面132及131之间的轴向间距)增加。楔形螺纹已经被广泛地公开了，例如颁发给Blose的美国专利编号RE30，647，颁发给Reeves的美国专利编号RE34，467，颁发给Ortloff的美国专利编号4，703，954和颁发给Mott的美国专利编号5，454，605，这些已经转让给本专利技术的受让人并通过引用并入本文中。在销钉元件101上，朝向销钉元件101的远末端，销钉螺纹顶部122变窄，而套管螺纹顶部191变宽。沿着轴线105 (从右到左)移动，销钉螺纹顶部122变宽，而套管螺纹顶部191变窄。螺纹沿着该连接在宽度上的变化率由通常所说的可变的“楔形率”限定。在本文中所使用的术语“楔形率”，不过在技术上不是比例，指的是入扣齿面导程(lead)和载荷齿面导程之间的差值，其促使螺纹的宽度沿着连接变化。此外，在本文中使用的螺纹“导程”指的是在连续的螺纹上的螺纹组件之间的差别距离。同样地，“扣入导程”是沿着连接的轴向长度在连续的螺距的入扣齿面之间的距离。在图1A和图1B中，螺纹表面是锥形的，意味着销钉螺纹106从头至尾直径增大，而套管螺纹107以互补的方式直径减小。带有的锥形螺纹改进了这样的能力，即将销钉元件101扣入到套管元件102中，并且在连接中分配了压力。对于楔形螺纹，螺纹密封伴随有接触压力，该接触压力是由于在销钉载荷齿面126和套管载荷齿面125之间以及销钉入扣齿面132和套管入扣齿面131之间的至少一部分连接的过盈导致的，过盈在连接装配时产生。当螺纹密封出现在齿面过盈出现位置的至少一部分之上时，在根部192及121和顶部122及191之间的封闭邻近(close proximity)或过盈完成螺纹密封。在销钉元件101和套管元件102上的根部和顶部之间增加的过盈(“根部/顶部过盈”)以及通过增加的齿面过盈可能包含有高压。该特别的连接也包括金属之间的密封，即通过分别位于销钉元件101和套管元件102的相应的密封面103和104之间的接触实现。楔形螺纹通常在连接上不带有限位挡块力矩台肩，其性质为构成的“不确定性”，并且由此，对于施加的给定的力矩范围，与带有限位挡块力矩台肩的连接相比，连接销钉元件和套管元件的相对位置变化更大。作为本文中的应用，“组装”指的是销钉元件和套管元件螺纹连接在一起。最终的构造指的是销钉元件和套管元件螺纹连接在一起直到达到期望的力矩值，或者基于销钉元件和套管元件的(轴向的或周向的)相对位置。对于这样的楔形螺纹，其设计的是在选择的构造中具有齿面过盈和根部/顶部过盈两者，齿面过盈和根部/顶部过盈两者在连接得到构造时增加(即力矩中的增大增加的齿面过盈和根部/顶部过盈)。对于设计为具有根部/顶部间隙的楔形螺纹，当连接得到构造时，间隙减小。不管楔形螺纹如何设计，相应的齿面和相应的根部和顶部在构造过程中彼此更靠近一些(即间隙减小或过盈减小)。不确定的构造允许在连接上通过增加力矩来增大齿面过盈和根部/顶部过盈。这样，楔形螺纹或许能通过设计使得连接具有更多的齿面过盈和/或根部/顶部过盈或者通过增大在连接上的力矩来螺纹密封更高压的气体和/或液体；然而，这在构造过程中也增加了在连接上的应力，可能在使用时导致故障。在构造之前，一般在螺纹连接的表面施加通常称为“管具涂料”的流体接缝化合物，以改进螺纹密封和在连接的构造过程中提供润滑。例如，管具涂料的基底(例如油脂)可以帮助楔形螺纹连接以获得其载荷齿面和入扣齿面之间的螺纹密封，例如在颁发给Reeves的美国专利编号RE34，467中所公开的。此外，管具涂料可以包含金属粒子添加剂，例如铜，以保护销钉和套管元件的螺纹，避免在构造和脱离过程中摩擦磨蚀。当楔形螺纹连接构造时，过量的管具涂料可能被截留(而不是挤出)在啮合的销钉和套管螺纹之间，这可能导致错误的升高的力矩读数(导致不能完全构造或“变位(stand-off)”)，或者在一些情况下，损害连接。由于管具涂料没有充分排空而导致的管变位对于楔形螺纹连接的结构完整性是有害的。因为在使用时，建立的压力可能被释放，连接存在使用过程中意外地回退的风险。因此，在楔形螺纹连接中的变位是特别关注的，因为它可能导致密封完整性的损失甚或两个连接元件机械分离。图2显示了现有技术的两进阶连接150。形成连接螺纹分成两个不同的“进阶(step)”，通过括弧31表示的大进阶和通过括弧32表示的小进阶。在大进阶31和小进阶32之间的部分通常称为中进阶901。在一些连接中，中进阶901可以使用金属对金属的密封。销钉元件101的小进阶32上的销钉螺纹顶部222，在其完全的设计高度，在销钉元件101扣入套管元件102时，不会与在套管元件102的大进阶31上的套管螺纹顶部221过盈。销钉元件101的小进阶32的直径小于套管元件102的大进阶31上的最小的顶对顶螺纹直径。在小进阶32上的销钉螺纹106可以扣过在大进阶31上的套管螺纹107。在小进阶32和大进阶31 二者上的螺纹，其大体上具有相同的标称导程，它们在每个螺旋啮合以构造连接。这样，对于相同数量的啮合的螺纹，螺纹彼此在其中滑动或摩擦的螺旋的数量减少了。两进阶连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：D·L·马利斯，G·W·沃德，
申请(专利权)人：海德瑞公司，
类型：
国别省市：