專利名稱：具有傾斜止擋面的管形密封接頭通過塑性擴張的實施的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及管形接頭領(lǐng)域，例如用于烴井或象地?zé)峋@樣的類似的井的管形接頭。
背景技術(shù)：
這些接頭一般用于使長度大的管彼此連接，或者使長度大的管與套管連接。因此，它們可構(gòu)成套裝管(或“套筒”)管柱或生產(chǎn)管(或“管道”)管柱。
此外，這些接頭必須經(jīng)得起巨大的彎曲應(yīng)力、拉應(yīng)力、壓縮應(yīng)力、有時是扭應(yīng)力以及內(nèi)部和外部之間巨大的壓差。此外，這些接頭有時必須也是氣密的。因此，接頭常常是螺紋式的，套管和管一般是鋼制的或用具有高彈性極限的合金(也可熱處理而成)制的。在螺紋接頭的情況下，氣密性往往由“金屬對金屬”類型的緊密接觸的密封止擋面加以確保。
為了減小管的初始體積，以及可選地為了鉆鑿直徑均勻的井，有人已經(jīng)提出，尤其是文獻US 6,604,763和WO 03/071086提出，借助于一稱為“球”的擴管工具，在現(xiàn)場用力使管在直徑上擴張。密封螺紋接頭，例如EP0488912中所述的密封螺紋接頭，可經(jīng)得起這種擴張，但在擴張時有損于其密封性能，具有一插入密封面的凸陽式元件的端部接頭在擴張時朝軸線傾斜(“香蕉”效應(yīng))，從而破壞密封性。
為了解決這個問題，本申請人在文獻WO 02/01102中提出一種管形螺紋接頭，其中，插入接頭在端部配有插入到一凹槽中的一環(huán)形指桿，凹槽形成指桿的一支承件，擴張時阻止插入指桿朝軸線傾斜。
但是，這種螺紋接頭在擴張率大于10％時，不具有足夠高的密封性能。實際上，擴張球引發(fā)的變形移動甚至消除插入指桿和凹槽之間的接觸，從而移動、降低甚至消除密封面之間的緊密接觸。
所謂“緊密接觸”，這里是指顯示出兩接觸面之間的接觸壓力的摟觖。接觸壓力越高，接頭可承受的流體壓力可越高，而密封性不被破壞。除在螺紋接頭內(nèi)部或外部可能施加的流體壓力之外，軸向拉伸或壓縮負荷可改變接觸壓力，從而改變密封性能。換句話說，根據(jù)這些接頭的實施方式，面對內(nèi)壓或外壓，其密封性可能不相同，也不穩(wěn)定，隨負荷而變化。
為了改變這種狀況，本申請人在文獻FR 02/03842(2002年3月27日登記，2002年1月3日登記的文獻FR 02/00055的國內(nèi)優(yōu)先申請)中提出一種金屬/金屬管形密封接頭，其配有一在WO 02/01102中所述的環(huán)形指桿(或唇部)，具有在擴張之后一個強力壓緊在另一個上的傾斜的凸陽式和凹陰式肩部，凹陰式件上的肩部由一凹槽的邊構(gòu)成，凸陽式元件上的肩部可預(yù)先存在，或者在擴張時，在凹槽的底部向內(nèi)壓凸陽式元件而成。
該接頭設(shè)計成在通常大于10％的高擴張率下是密封的，但是，當(dāng)在各種裝載方式中所要求的密封性能很高時，其在擴張之前和之后的密封性能可能不足。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明旨在改變這種狀況，尤其是在對于各種裝載方式來說的在擴張之前防高壓液體的密封性以及在擴張之前和之后防高壓氣體的密封性方面。
為此，本發(fā)明提出一種可擴張的管形接頭，其包括[12]*一第一管形件，其一方面具有一配有陽螺紋的第一部分，另一方面具有一延伸所述第一部分的第二部分，所述第二部分包括(i)一第一外表面，(ii)一第一環(huán)形唇部，其具有一第一軸向止擋面和一第一內(nèi)表面，在其一部分軸向長度上由所述第一外表面加以限定，以及(iii)一第二止擋面，[13]*一第二管形件，其具有第一，陰螺紋，其對應(yīng)于所述陽螺紋，且擰在其上，第二，一第二環(huán)形唇部，其具有一支承在第二止擋面上的第三止擋面、一相對于第一內(nèi)表面布置的第二外表面、和一第二內(nèi)表面，第三，一第四軸向止擋面，以及第四，一第三內(nèi)表面，其延伸在第四軸向止擋面和陰螺紋之間，與第二外表面和第四止擋面一起限定一與第一唇部對應(yīng)的環(huán)形腔室。
這種接頭的特征在于，第二和第三止擋面是錐面，其具有相對于一與縱向方向呈橫向的平面角度基本上相同的傾斜度，所述角度選定成，使第二止擋面支承在第三止擋面上，可實現(xiàn)第一唇部的內(nèi)外第一表面之一分別在第二外表面或第三內(nèi)表面上的第一徑向緊密密封接觸，這樣，當(dāng)以后對可擴張管形接頭在塑性變形范圍內(nèi)進行直徑擴張時，第一外表面和第三內(nèi)表面可局部確定第二緊密密封接觸。
這樣，在進行高直徑擴張率(直至約35％)的擴張之前和之后，通過第一和第二唇部的配合，確保高質(zhì)量的密封性。
本發(fā)明的可擴張管形接頭可具有其他單獨的或結(jié)合的性能，尤其是[17]-第一唇部和腔室起初可具有選定的形狀，以便第一緊密接觸僅在第二止擋面支承在第三止擋面上之后形成，[18]-第二和第三止擋面的傾斜度起初可為約+5°至約+30°，[19]-第一唇部在擴張時沿接頭的縱向軸線方向的曲率可在擴張之后在其第一內(nèi)表面和第二外表面之間確定輔助的緊密密封接觸，[20]-第一止擋面可布置成支承在第四止擋面上，從而使第一唇部在彈性變形范圍內(nèi)進行軸向壓縮，[21]-第二唇部可具有一第二外表面，其起初在其與第三止擋面連接的部位，具有一相對于縱向方向傾斜一約8°至約12°、優(yōu)選等于約10°的環(huán)形部分，[22]-第一唇部可具有一第一內(nèi)表面，其起初相對于縱向方向傾斜一約0.1°至約15°的角度，[23]-第二唇部在縱向方向上的延伸部分與腔室在橫向方向上的延伸部分之間的比率可為約1至約3，優(yōu)選的是約1.2至約1.6，[24]-陽螺紋和陰螺紋的螺紋可配有一承載邊，其具有一負角，約-3°至約-15°，[25]-陽螺紋和陰螺紋的螺紋可配有一嚙合邊，其具有一正角，約+10°至約+30°。在這種情況下，在擰緊之后和在擴張之前，陽螺紋和陰螺紋可在其嚙合邊之間具有一約0.05mm至約0.3mm的軸向間隙，[26]-第一管形件起初可在其第一外表面處，在其第一部分之前，具有一錐形斜面，當(dāng)使之朝第一部分移動時，限定一朝內(nèi)的第一局部環(huán)形凹處。在這種情況下，斜面可相對于縱向方向具有一基本上連續(xù)的、約8°至約12°的坡度，[27]-第一管形件可配有一第二部分，其起初在一朝第一部分的方向延伸第二止擋面的第四內(nèi)表面處，具有一選定的局部環(huán)形厚度余量，第三內(nèi)表面可在一選定的部位具有一凹槽，其適于在擰緊之后基本上布置在局部厚度余量處。在這種情況下，第一外表面可在直徑擴張之后具有一環(huán)形肩部，其具有至少一部分凹槽的構(gòu)形，且與之進行緊密的密封接觸，[28]-第一管形件起初可在其第一部分處，在其相對于陽螺紋的內(nèi)表面上，具有一錐形縮徑，其中確定一第二局部環(huán)形凹處。在這種情況下，縮徑起初可沿著相對于縱向方向A的約2°至約20°的坡度基本上連續(xù)增大，[29]-凹槽起初可具有至少兩個曲線部分，其可選地由一基本上呈柱形的中央部分分開。在這種情況下，這些部分起初可具有基本上相同的曲率半徑，例如約2mm至約20mm。凹槽起初具有的徑向深度的最大值優(yōu)選選定成，凹槽的底部的材料截面大于第一和第二管形件所屬于的管的一通常部分的最小截面與接頭的拉伸效率系數(shù)(l′efficacitédu joint en traction)的乘積(produit)。所謂“管的通常部分”是指遠離其兩端部的、直徑基本上恒定的中央部分，[30]-陽螺紋和陰螺紋優(yōu)先地在錐形螺紋和柱形螺紋中加以選擇，每個都形成于至少一部分管形件上，[31]-所述第二管形件可屬于凹陰/凹陰式的基本上對稱的一連接套管，所述第一管形件屬于一長度大的管的一端部。因此，套管可具有在兩側(cè)由兩第二管形件延伸的一中央部分，其起初在一外表面上配有一環(huán)形區(qū)域，其厚度不足量(sous-épaisseur)選定成，所述套管在該區(qū)域處的初始厚度大于或等于管的在其端部形成第一管形件的一通常部分的截面與接頭的效率系數(shù)的乘積，[32]-第二和第三止擋面的錐面可分別為凸起的和凹入的，以使第一內(nèi)表面在第二外表面上形成第一徑向緊密密封接觸。在這種情況下，第一和第二唇部起初可具有選定的形狀，以便在第二止擋面支承在第三止擋面上之前，第一止擋面支承在第四止擋面上， -在其他實施例中，第二和第三止擋面的錐面可分別為凹入的和凸起的，以使第一外表面在第三內(nèi)表面上形成第一徑向緊密密封接觸。在這種情況下，第二管形件的第三內(nèi)表面起初可在其與第四止擋面的連接處，具有一第一密封面，其總體上相對于縱向方向具有一角度選定的傾斜度，第一管形件起初可在其第一外表面處，在其與第一止擋面的連接處，具有一第二密封面，其總體上相對于縱向方向具有一角度選定的傾斜度，以便在擰緊時，第一和第二密封面一個徑向壓緊在另一個上，形成第三緊密密封接觸。因此，第一和第二密封面可布置成，第一緊密密封接觸在其間形成于第三緊密密封接觸之后，以便加強后者，[34]-第一和第二密封面的選定角度起初可為約+1°至約+30°(對于兩密封面之一來說，也可配設(shè)一零角度)，[35]-第一和第二密封面中至少一個可以是一錐面或一凸面(可選地具有一環(huán)形部分)，[36]-第一密封面可由一朝向第三內(nèi)表面的內(nèi)部的一第三局部環(huán)形凹處加以限定，[37]-第二密封面可由一朝向第一外表面的內(nèi)部的一第四局部環(huán)形凹處加以限定。
本發(fā)明還涉及從上述類型的一可擴張管形接頭擴張的一管形接頭的實施方法。
該方法在于從前述可擴張管形接頭開始，然后，(i)擰緊第一和第二管形件，直至第一唇部接納在環(huán)形腔室中，直至第二止擋面支承在第三止擋面上，以便第一唇部的第一內(nèi)外表面之一分別密封地徑向壓緊在第二外表面或第三內(nèi)表面上，形成第一徑向緊密密封接觸，以及(ii)借助于一軸向移動式擴管工具，使可擴張管形接頭在塑性變形范圍內(nèi)進行直徑擴張，以強制第一外表面和第三內(nèi)表面局部確定第二緊密密封接觸。
在該方法中，可從第一和第二唇部開始，所述唇部起初具有選定的形狀，以使第一緊密接觸確立在第一內(nèi)表面和第二外表面之間，且使第一緊密接觸僅在第二止擋面支承在第三止擋面上之后形成。
此外，當(dāng)?shù)诙偷谌箵趺娴腻F面分別為凸起的和凹入的時，擰緊可首先強制第一止擋面支承在第四止擋面上，以使第一唇部在彈性變形范圍內(nèi)進行軸向壓縮。
在其他實施例中，當(dāng)?shù)诙偷谌箵趺娴腻F面分別為凹入的和凸起的時，擰緊可強制第一和第二密封面一個徑向壓緊在另一個上，首先形成第三緊密密封接觸，然后，形成第一緊密密封接觸，其加強第三緊密密封接觸。另外，擴張可在第一內(nèi)表面的一自由端和第二外表面之間形成第四緊密密封接觸。
盡管是非限制性地，這種方法特別適于接頭按照至少等于10％的擴張率進行徑向擴張。


參照附圖和下面的詳細說明，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)越性將得到更好的理解，附圖如下[45]圖1是本發(fā)明的可擴張螺紋接頭的一實施例的一部分的縱向剖面圖；[46]圖2是錐形陰螺紋和對應(yīng)的錐形陽螺紋的一部分在擰緊和擴張之前的縱向剖面示意圖；[47]圖3是圖1所示可擴張螺紋接頭的第一管的凸陽式端部的一部分的縱向剖面示意圖；[48]圖4是圖1所示可擴張螺紋接頭的第二管的凹陰式端部的一部分的縱向剖面示意圖；[49]圖5是在第一擰緊階段在圖3和4所示的管的凸陽式和凹陰式端部上產(chǎn)生的作用力的縱向剖面示意圖；[50]圖6是在第二擰緊階段在圖3和4所示的管的凸陽式和凹陰式端部上產(chǎn)生的作用力的縱向剖面示意圖；[51]圖7是在塑性變形擴張階段在圖3和4所示的管的凸陽式和凹陰式端部上產(chǎn)生的作用力的縱向剖面示意圖；[52]圖8是圖3和4所示的管的凸陽式和凹陰式端部在擴張階段之后所經(jīng)受的變形的縱向剖面示意圖；[53]圖9是本發(fā)明的對稱布置的兩可擴張螺紋接頭的一組裝件的一實施例的一部分的縱向剖面示意圖； 圖10是本發(fā)明的可擴張螺紋接頭的一第一管的凸陽式端部的另一實施例的一部分的縱向剖面示意圖；[55]圖11是本發(fā)明的可擴張螺紋接頭的一第二管的凹陰式端部的另一實施例的一部分的縱向剖面示意圖；以及[56]圖12是圖10和11所示的管的凸陽式和凹陰式端部在擰緊階段之后的相對位置的縱向剖面示意圖。
具體實施例方式附圖不僅可用于補充本發(fā)明，而且必要時有助于指出其特征。
本發(fā)明涉及尤其可用于烴井或類似的井例如地?zé)峋墓苄温菁y密封接頭以及相關(guān)的實施方法。
如前序部分所述，本發(fā)明的管形螺紋接頭可通過長度大的金屬管的彼此組裝或者長度大的管與套管的組裝，構(gòu)成套裝管管柱或生產(chǎn)管管柱。
首先，參照圖1至8，描述本發(fā)明的接頭的一第一實施例。在該實施例中，如圖1局部所示，接頭可連接具有回轉(zhuǎn)軸線XX的、長度大的、即數(shù)米長的兩管T1和T2，確切地說，連接一第一管T1的凸陽式端部EM(或凸陽式管形件)和一第二管T2的凹陰式端部EF(或凹陰式管形件)。在所示的實施方式中，管T1和T2例如具有一通常部分，其初始外徑等于約193.68mm(或7″5/8)。一管的通常部分是遠離其兩端部的、直徑基本上恒定的中央部分。
如圖1所示，一管T1的凸陽式端部EM具有兩部分P1和P2。第一部分P1延伸管Tl的中央部分，配有外陽螺紋FM，其優(yōu)選是錐形的，但也可以是柱形的。
例如，如圖2所示，配設(shè)錐形螺紋，其圓錐度ΔD/D為10％，其中，D是直徑。此外，螺紋之間的軸向間隙(或縱向間隙)起初大得足以在進行直徑擴張時提供一定的移動自由度，下面將予以描述。例如，陽螺紋FM和陰螺紋FF的螺紋的嚙合邊(或“刺穿(stabbing)邊”)FS之間的軸向間隙為約0.05mm至約0.3mm，優(yōu)選為約0.05mm至約0.25mm。
另外，為確保良好的拉伸性能尤其是壓縮性能，從而在擴張之前、在擴張期間和在擴張之后減小陽螺紋和陰螺紋脫開或磨碎的危險，螺紋的承載邊(或“加載(loading)邊”)FL例如相對于徑向方向傾斜一約-3°至約-15°的、優(yōu)選地等于約-10°的負角α1，而螺紋的嚙合邊FS例如相對于徑向方向傾斜一約+10°至約+30°的、優(yōu)選地等于約+15°的正角α2。
負角α1可避免嚙合的螺紋脫開或磨碎，拉伸下尤其如此。此外，正角α2越大，螺紋的嚙合越容易，但是，耐壓縮性越降低。
重要的是要注意到，陽螺紋FM和陰螺紋FF都可在至少一部分管形件EM、EF上形成。換句話說，它們可實施成一個或多個部分。當(dāng)它們由兩部分構(gòu)成時，它們可選地可在徑向上不同的兩表面上形成，或者在同一表面上形成。
第二部分P2在管T1的端部延伸第一部分P1。首先，如圖3所示，它具有一第一環(huán)形唇部(或環(huán)形指桿)L1，其包括一第一軸向止擋面SB1，起初基本上是平的，且垂直于管T1的縱向方向A(平行于XX)；一第一內(nèi)表面SI1，起初沿第一部分P1的方向基本上垂直地延伸第一軸向止擋面SB1，且朝管T1內(nèi)定向(即在陽螺紋FM的相對一側(cè))；以及一第一外表面SE1的一部分，也沿第一部分P1的方向延伸第一軸向止擋面SB1，且朝管T1外定向。凸陽式元件EM的第二部分P2的第一外表面SE1從第一止擋面SB1延伸至陽螺紋FM處。第二部分P2還具有一第二止擋面SB2，其延伸第一內(nèi)表面SI1，且由一(第四)內(nèi)表面SI4加以延伸，后者至少局部地呈柱形，用于與在管T1中循環(huán)的流體(或氣體)進行接觸。第一軸向止擋面SB1、第一內(nèi)表面SI1和第二止擋面SB2限定現(xiàn)有技術(shù)技術(shù)人員所稱的一“凸陽式角槽”。
如圖3所示，鑒于下述一原因，第一內(nèi)表面SI1可相對于管T1的縱向方向A傾斜一選定的角度α3。因此，它起初形成一錐面。傾角優(yōu)選的是約0.1°至約15°，優(yōu)選地等于約2.5°。此外，如圖所示，第一外表面SE1可略微凸起，確切地說，呈環(huán)形，其大半徑例如為20mm至100mm，以便在一凹槽G1向內(nèi)壓，見下文。
如圖4所示，一管T2的凹陰式端部EF也具有兩部分P3和P4。盡可能布置在管T2的端部的第一部分P3配有與陽螺紋FM相對應(yīng)的內(nèi)陰螺紋FF。
第二部分P4朝管T2的中央部分延伸第一部分P3。首先，它具有一第二環(huán)形唇部(或環(huán)形指桿)L2，其包括一第三止擋面SB3；一第二外表面SE2，朝管T2外定向，沿著與第一部分P3相對的方向延伸第三止擋面SB3，且用于相對于第一內(nèi)表面SI1進行布置；以及一第二內(nèi)表面SI2，至少局部地呈柱形，朝管T2內(nèi)定向，且也沿著與第一部分P3相對的方向延伸第三止擋面SB3。
它還具有一第四軸向止擋面SB4和一第三內(nèi)表面SI3，所述第四軸向止擋面SB4起初基本上是平的，且垂直于管T2的縱向方向A，所述第三內(nèi)表面SI3局部地呈柱形，朝管T2內(nèi)定向，且沿第一部分P3的方向延伸第四軸向止擋面SB4。第三內(nèi)表面SI3的一部分連同第二外表面SE2和第四止擋面SB4，限定第一唇部L1的一對應(yīng)的環(huán)形腔室(或凹槽)LO，以便在管T1和T2的擰緊階段接納所述第一唇部L1，下面將予以描述。
腔室LO在與第二唇部L2的軸向長度相等的一選定軸向長度PR上、沿一選定的徑向深度H(垂直于縱向方向A)進行延伸。優(yōu)選的是，比率PR/H為約1至約3，優(yōu)選地為約1.2至約1.6。優(yōu)選地是，其等于約1.5。例如，PR等于4mm和H等于2.7mm，這樣，比率PR/H基本上等于1.5。如下文所述，這兩尺寸PR和H選擇成使第一唇部L1及其根部區(qū)域進行選定的變形。
第三止擋面SB3、第二外表面SE2和第四軸向止擋面SB4限定現(xiàn)有技術(shù)技術(shù)人員所稱的一“凹陰式槽”。
此外，一環(huán)形凹槽G1限定在每個第三內(nèi)表面SI3的至少一部分上。優(yōu)選的是，它起初具有基本上呈柱形的、在兩側(cè)由兩曲線部分PC1和PC2延伸的一中央部分PC。優(yōu)選的是，這些曲線部分C1和C2起初的曲率半徑基本上相同，優(yōu)選的是約2mm至約20mm。但是，該凹槽G1可僅具有兩曲線部分。
例如，凹槽G1具有一中央部分PC以及曲線部分C1和C2，所述中央部分PC在等于約2mm的軸向長度PR′、等于約1mm的徑向深度H′上延伸，所述曲線部分C1和C2的曲率半徑等于約5mm。凹槽G1的徑向深度H′一般由管T2在所述凹槽的對稱平面PSG處的厚度加以限定，其不應(yīng)小于用于計算螺紋接頭臨界截面的最小厚度。確切地說，徑向深度H′的最大值選定成，凹槽G1的底部的材料正截面大于管T1或T2在其通常部分的截面(或者如果它們是不同的，則為這兩截面中最小的)與接頭的拉伸效率系數(shù)的乘積。螺紋件的臨界截面與管(T1、T2)的截面之間的比率構(gòu)成連接件(或接頭)的效率的特征，其與管的截面一起是設(shè)計一管形管柱的一輸入數(shù)據(jù)。
在該配置中，每個凹槽G1的對稱平面PSG與限定相應(yīng)的腔室(或凹槽)LO的底部的第四軸向止擋面SB4相距一選定的軸向距離D。例如，采用前述數(shù)值，距離D等于約5.61mm。此外，在擰緊之后，凹槽G1的中央部分PC基本上垂直于厚度余量SA1。
如下文所述，曲率半徑(尤其是螺紋一側(cè))、徑向深度H′、軸向長度PR和徑向深度H，選擇成使第一唇部L1和在其根部的第二部分P2區(qū)域進行選定的變形。
第二部分P4也具有另一(第五)柱形內(nèi)表面SI5，其沿著與第一部分P3相對的方向(即沿管T2的中央部分的方向)延伸第二止擋面SB2，且用于與在管T2中循環(huán)的流體(或氣體)進行接觸。
根據(jù)本發(fā)明，第二止擋面SB2和第三止擋面SB3起初具有錐面，其相對于一垂直于縱向方向A的平面具有基本上相同的選定角度為α4的傾斜度。在該第一實施方式中，第二止擋面SB2和第三止擋面SB3的錐面分別為凸起的和凹入的。
優(yōu)選的是，如圖3和4所示，第二止擋面SB2和第三止擋面SB3基本上具有相同的初始傾斜度。所謂“基本上相等的傾斜度”，這里是指彼此相等的約為±5°的傾斜度。優(yōu)選的是，該公共傾斜度為約+5°的角度α4至約+30°的角度α4。優(yōu)選的是，它等于約10°。
當(dāng)擰緊階段第二止擋面SB2支承在第三止擋面SB3上時，該傾斜度可使第一唇部L1沿接頭的軸線方向進行徑向預(yù)加應(yīng)力，因此使其第一內(nèi)表面SI1徑向密封地壓緊在第二唇部L2的第二外表面SE2上(由于其各自的選定形狀)，從而確定徑向分量的緊密密封接觸。
本發(fā)明的擴張管形接頭的構(gòu)成使用具有以下一些階段的方法進行。
在圖5示出的第一階段，將管之一例如管T1的端部例如凸陽式端部EM擰緊在另一管例如管T2的端部例如凹陰式端部EF上，直至第一唇部L1的第一軸向止擋面SB1支承在腔室(或凹槽)LO的第四軸向止擋面SB4上。
為了便于進行這種擰緊，如圖4所示，第二唇部L2的第二外表面SE2可在其與第三止擋面SB3的連接處，相對于縱向方向A，在一短距離上具有選定角度為α5的傾斜度。因此，它起初形成一錐面斜面。優(yōu)選的是，該傾斜度起初為約+8°的角度至約+12°的角度。優(yōu)選的是，它等于約10°。尤其是在意外干擾的情況下，這種傾斜度便于第一唇部L1進入腔室(或凹槽)LO，從而減小第一唇部L1尤其是其第一內(nèi)表面SI1的端部棱卡住或損壞的可能的危險。實際上，在第二止擋面SB2支承在第三止擋面SB3在之前，這種干擾可發(fā)生在第一內(nèi)表面SI1和第二外表面SE2之間。
然后，在第二階段，繼續(xù)進行擰緊，直至第一唇部L1的第二止擋面SB2支承在第二唇部L1的第三止擋面SB3上。在第一止擋面SB1支承在第四止擋面SB4上之后，繼續(xù)擰緊可在使第一唇部L1進行軸向壓縮時，將彈性勢能儲存在所述第一唇部L1中。
在圖6示出的第三階段，也繼續(xù)擰緊，以便借助于第一唇部L1和第二唇部L2的第二止擋面SB2和第三止擋面SB3的傾斜度(或坡度)，借助于第一軸向止擋面SB1和第四軸向止擋面SB4的配合，使第一唇部L1沿接頭的軸線方向在徑向上預(yù)加應(yīng)力。該預(yù)應(yīng)力在圖6上用箭頭F1和F2標(biāo)示。
因此，不同的止擋面和兩唇部之間的接觸明顯得到加強，從而在直徑擴張階段之前確保接頭的密封性。因此，在擴張之前，在存在牽引力或軸向壓縮力的內(nèi)壓下，獲得極佳的防流體密封性。
在第四階段，在管T1和T2之一中軸向插入一直徑擴管工具，例如一具有錐形頭部的球，其最大直徑大于管T1和T2的初始內(nèi)徑DI(等于圖1所示的內(nèi)半徑RI的2倍)，且基本上等于其最終的內(nèi)徑。插入方向的選擇不具有實際重要性。因此，球可從一凸陽式端部EM朝一凹陰式端部EF軸向移動，反之亦然。
球的移動以現(xiàn)有技術(shù)人員公知的方式進行(尤其參見文獻US6,604,763和WO 03/071086)，例如借助于鉆桿或者施加液壓進行牽引。球例如呈一錐柱形形狀，具有一負責(zé)進行擴張和由一中央柱形部分延伸的圓錐形進入部分。但是，其形狀也可以是球面的或雙圓錐形的(圓錐形進入部分由一柱形部分延伸，所述柱形部分本身由一圓錐形出口部分延伸)。球的這三部分的連接半徑根據(jù)需要加以選擇。
其他擴張工具可用于代替球，例如具有三個進行機械擴張的滾筒的回轉(zhuǎn)式擴管工具。這種擴張工具(包括球)及其使用方式尤其如文獻WO 02/081863、US 6,457,532和US 2002/0139540所述。
直徑擴張在塑料變形范圍內(nèi)進行。由于產(chǎn)生的塑性變形增大管形件的彈性極限，因此，必須使用支持這種變形的金屬。例如，起初具有310MPa(45KSI)彈性極限的一管在擴張之后可使該極限達到380MPa(55KSI)。
當(dāng)球到達凸陽式端部EM的第二部分P2的第四內(nèi)表面SI4和凹陰式端部EF的第二部分P4的第五內(nèi)表面SI5處時，擴張的材料強制第一唇部L1在凹槽G1中變形。接頭在擴張期間經(jīng)受的變形在圖7上用箭頭F3至F6標(biāo)示。
確切地說，第一唇部L1被強制彎曲(箭頭F4)，且至少局部地具有凹槽G1的形狀。因此，如圖8所示，變形在凸陽式端部EM的第一外表面SE1處，在第一唇部L1之前，產(chǎn)生一肩部或環(huán)形凸起EP，其可通過“金屬對金屬”式的緊密接觸，形成一密封區(qū)域。
由于在第四內(nèi)表面SI4處，在第二止擋面SB2附近，朝管T1的內(nèi)部的方向配設(shè)一局部環(huán)形厚度余量SA1，因此，肩部EP和氣密性可得到加強。優(yōu)選的是，如圖3和5至7所示，該厚度余量SA1在凹槽G1的中央部分PC的延伸區(qū)域基本上是恒定的，然后減小。這種減小優(yōu)選朝第一部分P1的方向基本上是連續(xù)的。例如，它可相對于縱向方向A形成一角度α9，其為約5°至約30°，優(yōu)選約10°至約20°，優(yōu)選地等于約12°。
恒定厚度區(qū)域處的最大厚度余量限定凸陽式元件EM的最小內(nèi)徑。該內(nèi)徑必須大于一緩沖器(現(xiàn)有技術(shù)人員稱為“打孔器(drift)”)的直徑。緩沖器(或打孔器)是在管下到井中之前插入到所述管內(nèi)的一工具，以確保所述管具有最小自由內(nèi)徑，保證工具進入管柱而無鉤住的危險。因此，當(dāng)它小于上述值時，厚度余量的最佳值由擴張時使第一唇部L1最大限度地安裝在凹槽G1的底部所需要的材料量加以固定，以使之根據(jù)需要進行變形。例如，該厚度余量等于約0.8mm。
該厚度余量SA1提供剩余材料，可填補凹槽G1的空著的空間，因此可使第一唇部L1和位于其之前的區(qū)域具有至少一部分所述凹槽G1的構(gòu)形，因而基本上具有所述的變形。
如上所述，變形在凸陽式端部EM的第一外表面SE1處，在第一唇部L1之前，產(chǎn)生一環(huán)形肩部或凸起EP，其可通過下述方式的緊密接觸，形成一密封區(qū)域。
用球進行擴張，由于凹陰式件EF的直徑大于凸陽式元件EM的直徑，因此，凸陽式元件EM的擴張率大于凹陰式件EF的擴張率。
因此，由于材料的保持，凸陽式元件EM的收縮量大于凹陰式件EF的收縮量，這表現(xiàn)為這兩構(gòu)件沿著圖7中的箭頭F5和F6所示的脫離方向進行軸向相對移動。這種移動使傾斜肩部EP一個強力壓緊在另一個上，形成所要求的密封性?？勺⒁獾?，當(dāng)擴張的接頭施以軸向牽引力時，接觸壓力或壓緊力也得到加強。
由于擴張時的軸向脫離，第一唇部L1和第二唇部L2的軸向長度必須精確選擇。實際上，如果第一唇部L1太短，就有從其腔室LO脫出、朝接頭的軸線傾斜的危險，從而在擴張之后失去密封性。如果第二唇部L2太長，則腔室LO難以加工。
擴張時得益于凹槽G1的形狀和厚度余量SA1的第一唇部L1的曲率，表現(xiàn)為第一唇部L1的端部的內(nèi)部部分和第二外表面SE2之間的第二緊密接觸。
因此，第一唇部L1強力支承和固定于在凹槽G1的壁上構(gòu)成的肩部和第二外表面SE2之間。對于可能的不同裝載方式、包括與牽引力或軸向壓縮力相結(jié)合或不相結(jié)合的內(nèi)壓和外壓來說，這種雙重接觸可確保穩(wěn)定的極佳密封性。
為了便于第一唇部L1彎曲和加強肩部或凸起EP和凹槽G1之間的接觸，如圖3和5至7所示，可在第一外表面SE1處，在第一部分P1之前配設(shè)一朝向管T1內(nèi)部的凹處DC1。該凹處DC1優(yōu)選基本上是連續(xù)的。因此，它起初構(gòu)成一錐形斜面。例如，它相對于縱向方向A成一角度α6，約8°至約12°，優(yōu)選地等于約10°。例如，該凹處DC1開始于與第一軸向止擋面SB1(沿縱向方向A)相距等于約7.8mm的距離處。
此外，為了布置所需的材料，管T1可在其第一部分P1和第二部分P2處，在凸陽式元件EM加工之前，進行半頂角為α7的錐形縮徑，當(dāng)指向凸陽式元件EM的自由端時，錐體的直徑連續(xù)減小。
這種縮徑可在第二部分P2處增大材料厚度，容納厚度余量SA1。在凸陽式元件EM加工、尤其是厚度余量SA1加工之后，縮徑軌跡表現(xiàn)為當(dāng)指向凸陽式元件EM的自由端時朝向管內(nèi)部的一局部環(huán)形凹處DC2。
為了不影響球在管T1中的推進，縮徑優(yōu)選基本上是連續(xù)的，角度α7為約2°至約20°，優(yōu)選等于約5°。
當(dāng)?shù)谝淮讲縇1的第一內(nèi)表面SI1具有一傾斜度(例如約為2.5°)時，這可使第二唇部L2更靠近管T2的外部布置。因此，當(dāng)球到達第二唇部L2處時，其可靠近管T2的外部。此外，這樣可限制“香蕉”效應(yīng)，其趨向于使第二唇部L2朝管T2的空腔的內(nèi)部極度傾斜。
由于在每個第二唇部L2的第二內(nèi)表面SI2處，在第三止擋面SB3附近，朝管T2的內(nèi)部方向，配設(shè)一局部環(huán)形厚度余量SA2，因此，所述靠近可更為有力。優(yōu)選的是，如圖4至7所示，該厚度余量SA2在第二唇部L2的延伸區(qū)域基本上是恒定的，然后減小。這種減小優(yōu)選基本上是連續(xù)的。因此，它起初構(gòu)成一錐形斜面。例如，它可相對于縱向方向A形成一角度α8，其為約8°至約12°，優(yōu)選地等于約10°。
該厚度余量SA2優(yōu)選取決于厚度余量SA1，優(yōu)選的是小于所述厚度余量SA1。不管怎么樣，它小于由緩沖器(或“打孔器”)的直徑限定的一最大值。例如，該厚度余量SA2為約0.3mm至0.8mm，優(yōu)選的是等于約0.5mm。不同的厚度余量SA1和SA2提供的初始偏差便于尤其是第一唇部L1的最終變形。但是，這種偏差不應(yīng)太大，因為它可能消除第一唇部L1的第一內(nèi)表面SI1的傾斜度(當(dāng)它存在時)提供的前述作用。
如上所述，球的通過而產(chǎn)生的擴張結(jié)果如圖8所示。重要的是要注意到，在套管式連接接頭中(并非在全部接頭中)，由于擴張產(chǎn)生軸向脫離，因此，第一唇部L1和第二唇部L2的變形在套管的相對的兩端部可不完全相同。但是，這種區(qū)別(或非對稱現(xiàn)象)比文獻FR 02/03842中所述的套管式連接接頭中更小。
重要的是也要注意到，組裝件的每個螺紋接頭的構(gòu)件在球通過之后的彈性恢復(fù)，在發(fā)生塑性變形之前可忽略不計。
現(xiàn)在，參照圖9描述本發(fā)明的對稱布置的兩接頭的一組裝件的一實施例。在該實施例中，兩接頭可通過一連接套管M式管形件連接兩個大長度的管T1和T2。該套管M這里相對于與管T1和T2的縱向方向A相垂直的一對稱平面PSM呈對稱形狀。此外，它是凹陰/凹陰式的。
這種套管M具有一在兩側(cè)由兩個第一部分P3′和兩個第二部分P4′延伸的中央部分PCM，它們與上述管T2的凹陰式端部EF的第一部分(P3)和第二部分(P4)是同一類型的。因此，管(T2)的凹陰式端部的第一部分(P3)和第二部分(P4)也適用于套管M的第一部分P3′和第二部分P4′。
如圖所示，套管M的中央部分PCM優(yōu)選具有一環(huán)形凹槽G2(也稱為“新月形部分”)，其局部地限定一定中心于對稱平面PSM上的厚度余量。
該新月形部分G2可在其最厚的部分減小套管M的厚度，從而減小壓力和擴張作用力。此外，它可較好地控制止擋面(SB1至SB4)和支承部分的不同部位的變形，使接頭組裝件在擴張之后具有基本上筆直的外觀(在外回轉(zhuǎn)面)。因此，套管M在其對稱平面PSM處的厚度應(yīng)選擇成大于或等于第一管形件形成于其端部的管T1和T2的一通常部分的截面與接頭的效率系數(shù)的乘積。
優(yōu)選的是，新月形部分基本上延伸在相對的兩個第二唇部L2的兩個第三軸向止擋面SB3之間。但是，它可在較大的距離上尤其是延伸在兩個凹陰式螺紋FF的最后的螺紋之間。最后的螺紋這里是位于第三止擋面SB3一側(cè)的螺紋。
此外，該新月形部分G2可呈盆形，配有一具有最大厚度不足量(在對稱平面PSM處)的中央部分以及傾斜角度優(yōu)選小于約30°優(yōu)選的是等于約15°的傾斜側(cè)壁。
重要的是要注意到，新月形部分(因而凹槽G2)不是相對于平面PSG強制性地對稱。實際上，它可在平面PSG的兩側(cè)具有兩不對稱的部分。
現(xiàn)在，參照圖10至12，描述本發(fā)明的可擴張管形接頭的另一實施例。
該實施例與參照圖1至8所述的實施例具有許多相似性。因此，其共同的構(gòu)件具有相同的標(biāo)號。此外，形狀基本上相同的、確保基本上相同作用的構(gòu)件不再描述。
另外，該實施例如同前述實施例那樣，不僅涉及使長度大的、具有回轉(zhuǎn)軸線XX的一第一管T1的凸陽式端部EM(或凸陽式管形件)與一也是長度大的、具有回轉(zhuǎn)軸線XX的第二管T2的凹陰式端部EF(或凹陰式管形件)進行連接的接頭，而且還涉及對稱布置的、如以上圖9所示的、可連接兩個長度大的管T1和T2的兩個接頭通過一連接套管M式管形件的組裝。
這與前述實施例的主要區(qū)別在于第二止擋面SB2和第三止擋面SB3的實施細節(jié)，以及可選地在于第一管形件EM和第二管形件EF的第一外表面SE1和第三內(nèi)表面SI3的實施細節(jié)，在擴張之前，其可進行第一和第三密封(或緊密接觸)。
第二止擋面SB2和第三止擋面SB3起初始終具有錐面，其相對于一垂直于縱向方向A的平面具有基本上相同的選定角度為α4的傾斜度。但是，在該第二實施例中，第二止擋面SB2和第三止擋面SB3的錐面分別為凹入的和凸起的。
角度為α4的傾斜度選擇成第二止擋面SB2支承在第三止擋面SB3上，使第一外表面SE1(第一唇部L1的)在第三內(nèi)表面SI3上進行第一徑向緊密密封接觸。
優(yōu)選的是，如圖10至12所示，第二止擋面SB2和第三止擋面SB3基本上具有相同的初始傾斜度。優(yōu)選的是，該公共傾斜度為約+5°的角度α4至約+30°的角度α4。優(yōu)選的是，它等于約10°。
當(dāng)擰緊階段第二止擋面SB2支承在第三止擋面SB3上時，第一唇部L1強制地指向連接件的外部。這樣可在徑向上使第一唇部L1預(yù)加應(yīng)力，從而加強其在腔室LO處與第二管形件EF的接觸。
另外，較好的是，第二管形件EF的第三內(nèi)表面SI3包括一部分DC3，其布置在其與第四止擋面SB4的連接處和凹槽G1的第二曲線部分C2之間，其中起初確定一第一密封面，其總體上相對于與縱向方向A呈橫向的平面具有一選定角度為α10的傾斜度。
該第一密封面DC3可選地由一朝向第三內(nèi)表面SI3的內(nèi)部的第三局部環(huán)形凹處加以限定。它可呈一錐面或一凸面的形狀，可選地具有一環(huán)形部分。
第一密封面(可選地，第三局部環(huán)形凹處)DC3的傾角α10起初優(yōu)選為約+1°至約+30°，優(yōu)選的是等于約10°。
此外，第一管形件EM的第一外表面SE1具有一末端區(qū)域，其位于其與第一止擋面SB1連接的部位(因此位于第一唇部L1的部位)，其中，起初限定一第二密封面，其總體上相對于與縱向方向A呈橫向的平面具有一選定角度為α11的傾斜度。
該第二密封面可選地由一朝向第一內(nèi)表面SE1的內(nèi)部的第四局部環(huán)形凹處加以限定。它可呈一錐面或一凸面的形狀，可選地具有一環(huán)形部分。
該第二密封面DC4用于在擰緊階段在徑向上緊固在第二管形件EF的第一密封面DC3上。
第二密封面(可選地，第四局部環(huán)形凹處)DC4的傾角α11起初優(yōu)選為約+1°至約+30°，優(yōu)選的是等于約10°。
傾角α10和α11優(yōu)選相同。但是，這不是必須的。實際上，例如可配設(shè)成，第一密封面DC3和第二密封面DC4之一呈錐形或凸起，具有一非零傾斜度，而另一密封面例如呈柱形，具有零傾斜度。
第一密封面DC3和第二密封面DC4可選地由第三和第四局部環(huán)形凹處加以限定，分別布置成在擰緊階段可在徑向上一個壓緊在另一個上，形成第三緊密密封接觸。
此外，第一密封面DC3和第二密封面DC4可布置成，第一緊密密封接觸在第三緊密密封接觸之后形成。實際上，這可加強第一緊密密封接觸。
換句話說，在擰緊階段，優(yōu)選是，第一唇部L1首先通過第一密封面DC3與第二密封面DC4接觸，然后，第二止擋面SB2支承在第三止擋面SB3上。
在該實施例中，環(huán)形凹槽G1的中央部分PC例如在等于約2.2mm的軸向長度PR′、等于約1mm的徑向深度H′上延伸，所述曲線部分C1和C2的曲率半徑例如等于約5.3mm。此外，凹槽G1的對稱平面PSG與限定腔室(或凹槽)LO的底部的第四軸向止擋面SB4相距的軸向距離D例如等于約5.7mm。
腔室LO在與第二唇部L2的軸向長度相等的一選定軸向長度PR上、沿一選定的徑向深度H(垂直于縱向方向A)進行延伸。比率PR/H優(yōu)選始終為約1至約3，但是，今后優(yōu)選地為約1.4至1.9，優(yōu)選地等于約1.7。例如，PR等于4.2mm和H等于2.4mm，這樣，比率PR/H等于1.7。
此外，如同前述實施例那樣，第二唇部L2的第二外表面SE2可在其與第三止擋面SB3的連接處，相對于縱向方向A，在一短距離上具有選定角度為α5的傾斜度。因此，所述傾斜度起初形成一錐面斜面，其傾斜度起初為約+8°的角度至約+12°的角度，優(yōu)選地等于約10°。如前所述，這便于第一唇部L1進入腔室(或凹槽)LO中，在發(fā)生意外干擾的情況下尤其如此。
此外，如同前述實施例那樣，第一唇部L1的第一內(nèi)表面SI1優(yōu)選相對于管T1的縱向方向A傾斜一選定的角度α3。因此，它起初形成一錐面。傾角優(yōu)選始終為約0.1°至約15°，優(yōu)選地等于約2.5°。如前所述，該傾斜度可在球通過時使第二唇部L2靠近管T2的外部，從而限制香蕉效應(yīng)。
另外，如同前述實施例那樣，為了便于第一唇部L1彎曲和加強肩部或凸起EP和凹槽G1之間的接觸，第一外表面SE1可在第一部分P1之前具有一朝向管T1內(nèi)部的、優(yōu)選基本上是連續(xù)的第一凹處DC1。該第一凹處DC1起初相對于縱向方向A構(gòu)成一角度為α6的錐形斜面，所述角度約8°至12°，優(yōu)選地等于約10°。例如，該凹處DC1開始于與第一軸向止擋面SB1(沿縱向方向A)相距等于約8.1mm的距離處。
如同前述實施例那樣，第四內(nèi)表面SI4可在第二止擋面SB2附近沿管T1的內(nèi)部的方向具有一局部環(huán)形厚度余量SA1。優(yōu)選的是，如圖10和12所示，該厚度余量SA1在凹槽G1的中央部分PC的延伸區(qū)域基本上是恒定的，然后優(yōu)選沿第一部分P1的方向基本上連續(xù)地減小。例如，它可相對于縱向方向A形成一角度α9，其為約5°至約30°，優(yōu)選約10°至約20°，優(yōu)選地等于約12°。
同樣，如同前述實施例那樣，第二唇部L2的第五內(nèi)表面SI5可在第三止擋面SB3附近沿管T2的內(nèi)部的方向具有一局部環(huán)形厚度余量SA2。優(yōu)選的是，如圖11和12所示，該厚度余量SA2在第二唇部L2的延伸區(qū)域基本上是恒定的，然后優(yōu)選基本上連續(xù)地減小。因此，它起初構(gòu)成一錐形斜面。例如，它可相對于縱向方向A形成一角度α8，其為約8°至約12°，優(yōu)選地等于約10°。該厚度余量SA2優(yōu)選取決于厚度余量SA1，優(yōu)選的是小于所述厚度余量SA1。例如，該厚度余量SA2為約0.3mm至0.8mm，優(yōu)選的是等于約0.5mm。
從以上參照圖10至12所述類型的可擴張接頭進行擴張的接頭的構(gòu)成基本上與參照圖5至8所述的接頭相同。
在第一階段，將管之一例如管T1的端部例如凸陽式端部EM擰緊在例如另一管例如管T2的端部例如凹陰式端部EF上，直至第二密封面DC4與第一密封面DC3接觸，形成第三緊密密封接觸。
在第二階段，繼續(xù)擰緊，直至第二止擋面SB2支承在第二唇部L2的第三止擋面SB3上，形成第一外表面SE1在第三內(nèi)表面SI3上的第一徑向緊密密封接觸。
在第三階段，繼續(xù)擰緊，以便借助于第一唇部L1和第二唇部L2的第二止擋面SB2和第三止擋面SB3的傾斜度(或坡度)，且借助于所述腔室LO的和第一唇部L1的第一密封面DC3和第二密封面DC4的傾斜度(或坡度)，使第一唇部L1在徑向上預(yù)加應(yīng)力，直至特定的力矩。
唇部L1和腔室LO的內(nèi)外表面之間的接觸與前述實施例中一樣得到加強，從而在直徑擴張階段之前確保接頭的較大的密封性。
因此，在擴張之前，在存在牽引力或軸向壓縮力的內(nèi)壓下，獲得極佳的防流體密封性。
第四階段與前述階段相同，在第四階段，用一直徑擴張工具例如一具有錐形頭部的球軸向插入到管T1和T2之一中，在塑性變形范圍內(nèi)使接頭進行直徑擴張。
在擴張的最后階段，第四緊密密封接觸確定在第一唇部L1的一自由端(在其第一內(nèi)表面SI1的部位)和第二唇部L2的第二外表面SE2之間。因此，第一唇部L1由于第四緊密接觸而由其自由端進行固定，且由于第二緊密接觸而由在第一外表面SE1處延伸它的“凸起”進行固定。
當(dāng)?shù)谝还苄渭﨓M具有一第一密封面DC3時，可選地當(dāng)?shù)诙苄渭﨓F具有一第二密封面DC4時，一旦第四階段終止，一接頭組裝件的上游一側(cè)和下游一側(cè)之間的密封性能偏差基本上減小。這是上游一側(cè)接觸壓力增大的結(jié)果，而不損害下游一側(cè)的接觸壓力。
借助于本發(fā)明，可獲得的接頭在存在高擴張率的、甚至很高的通常為10％至35％的擴張率的擴張階段之前和之后，對內(nèi)部和外部的高壓氣體具有良好的甚至極佳的氣密性。顯然，本發(fā)明也適用于低于10％的擴張率。
此外，本發(fā)明可在套管式組裝的情況下不過分地使擴張時的變形“不對稱”，因此可獲得在套管的中央部分的每一側(cè)形成的擴張螺紋接頭的良好密封性。
此外，本發(fā)明可使用大范圍的鋼和合金，只要材料具有足以進行擴張的展性。如果是鋼，則材料可以是非合金鋼，或錳鋼，或鉻-鉬合金鋼，或微合金鋼，或硼鋼，或前述成分的化合物(鉻-鉬-鈮-硼合金鋼)，或含13％的馬氏體鉻的鋼，或含22％或25％的鉻的雙奧氏體鐵氧體鋼，或奧氏體不銹鋼。例如，碳-錳合金鋼可用于非腐蝕性井，或者含0.2％的碳和13％的鉻的鋼(X20鉻13-根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)命名，AISI(美國鋼鐵學(xué)會)420-根據(jù)美國命名)可用于含二氧化碳的腐蝕性井。
此外，材料可選地進行熱處理，以便具有大于一選擇值或在選擇的數(shù)值范圍的彈性極限。最小彈性極限例如可在300MPa至1000MPa甚至更大的范圍進行選擇。
本發(fā)明不局限于上述的僅僅作為例子的管形螺紋密封接頭的組裝方法和實施方式，而包括現(xiàn)有技術(shù)人員在下面權(quán)利要求書的范圍內(nèi)所實施的所有其他實施例。
權(quán)利要求
1.可擴張的管形接頭，所述管形接頭一方面包括一第一管形件(EM)，該第一管形件(EM)具有一配有陽螺紋(FM)的第一部分(P1)和一延伸所述第一部分的第二部分(P2)，所述第二部分(P2)包括(i)一第一外表面(SE1)，(ii)一第一環(huán)形唇部(L1)，其具有一第一軸向止擋面(SB1)和一第一內(nèi)表面(SI1)，且在其一部分軸向長度上由所述第一外表面(SE1)加以限定，以及(iii)一第二止擋面(SB2)，并且，所述管形接頭另一方面包括一第二管形件(EF)，其具有(i)陰螺紋(FF)，其偶配所述陽螺紋(FM)，且擰緊在其上，(ii)一第二環(huán)形唇部(L2)，其具有一支承在所述第二止擋面(SB2)上的第三止擋面(SB3)、一相對于所述第一內(nèi)表面(SI1)布置的第二外表面(SE2)和一第二內(nèi)表面(SI2)，(iii)一第四軸向止擋面(SB4)，以及(iv)一第三內(nèi)表面(SI3)，其延伸在所述第四軸向止擋面(SB4)和所述陰螺紋(FF)之間，并與所述第二外表面(SE2)和第四止擋面(SB4)一起形成一與所述第一唇部(L1)偶配的環(huán)形腔室(LO)，其特征在于，所述第二止擋面(SB2)和所述第三止擋面(SB3)是錐面，所述錐面相對于一與縱向方向(A)呈橫向的平面具有角度基本上相同的傾斜度，所述角度選定成使所述第二止擋面(SB2)支承在所述第三止擋面(SB3)上，從而使所述第一唇部(L1)的第一內(nèi)表面(SI1)和第一外表面(SE1)之一分別貼靠在所述第二外表面(SE2)或所述第三內(nèi)表面(SI3)上形成第一徑向緊密密封接觸，這樣，當(dāng)以后對可擴張的管形接頭在塑性變形范圍內(nèi)進行直徑擴張時，所述第一外表面(SE1)和所述第三內(nèi)表面(SI3)被強迫局部形成一第二緊密密封接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接頭，其特征在于，所述第二止擋面(SB2)和所述第三止擋面(SB3)的所述錐面分別為凸起的和凹入的，以使所述第一內(nèi)表面(SI1)貼靠在所述第二外表面(SE2)上形成所述第一徑向緊密密封接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接頭，其特征在于，所述第二止擋面(SB2)和所述第三止擋面(SB3)的所述錐面分別為凹入的和凸起的，以使所述第一外表面(SE1)貼靠在所述第三內(nèi)表面(SI3)上形成所述第一徑向緊密密封接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的接頭，其特征在于，所述傾斜度起初為約+5°至約+30°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的接頭，其特征在于，所述第一唇部(L1)和所述腔室(LO)起初具有選定的形狀，以便所述第一緊密接觸僅在所述第二止擋面(SB2)支承在所述第三止擋面(SB3)上之后形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的接頭，其特征在于，所述第一止擋面(SB1)布置成在擰緊時強制支承在所述第四止擋面(SB4)上，以引起所述第一唇部(L1)在彈性變形范圍內(nèi)受到軸向壓縮。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的接頭，其特征在于，所述第二唇部(L2)的第二外表面(SE2)起初在其與所述第三止擋面(SB3)的連接處具有一相對于所述縱向方向(A)傾斜一約8°至約12°、優(yōu)選等于約10°的環(huán)形部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的接頭，其特征在于，所述第一唇部(L1)的所述第一內(nèi)表面(SI1)起初相對于所述縱向方向(A)傾斜一約0.1°至約15°的角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的接頭，其特征在于，所述第二唇部(L2)在縱向方向(A)上的延伸部分(PR)與所述腔室在橫向方向上的延伸部分(H)之間的比率為約1至約3，優(yōu)選的是約1.2至約1.6。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的接頭，其特征在于，所述陽螺紋(FM)和陰螺紋(FF)起初具有配有一承載邊的螺紋，所述承載邊具有一約-3°至約-15°的負角。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的接頭，其特征在于，所述陽螺紋(FM)和陰螺紋(FF)起初具有配有一嚙合邊的螺紋，所述嚙合邊具有一約+10°至約+30°的正角。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的接頭，其特征在于，所述陽螺紋(FM)和所述陰螺紋(FF)布置成在擰緊之后和在擴張之前，在其嚙合邊之間，具有一約0.05mm至約0.3mm的軸向間隙。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的接頭，其特征在于，所述第一管形件(EM)起初在其第一外表面(SE1)處，在其第一部分(P1)之前，具有一錐形斜面，所述錐形斜面朝內(nèi)限定一第一局部環(huán)形凹處(DC1)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的接頭，其特征在于，所述斜面相對于縱向方向(A)具有一約8°至約12°的基本上連續(xù)的坡度。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的接頭，其特征在于，所述第一管形件(EM)配有一第二部分(P2)，其在延伸所述第二止擋面(SB2)的一第四內(nèi)表面(SI4)處，沿第一部分(P1)的方向，起初具有一選定的局部環(huán)形厚度余量(SA1)，所述第三內(nèi)表面(SI3)在一選定部位具有一凹槽(G1)，該凹槽適于在擰緊之后基本上布置在所述局部厚度余量(SA1)處，且適于在進行直徑擴張時，在第一外表面(SE1)處形成一環(huán)形肩部(EP)，該環(huán)形肩部(EP)具有至少一部分所述凹槽(G1)的構(gòu)形，且與之進行緊密的密封接觸。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的接頭，其特征在于，所述第一管形件(EM)起初在其第一部分(P1)處，在其正對于所述陽螺紋(FM)的內(nèi)表面上，具有一錐形縮徑，在該錐形縮徑中形成一第二局部環(huán)形凹處(DC2)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的接頭，其特征在于，所述縮徑起初沿著相對于縱向方向(A)的約2°至約20°的坡度基本上連續(xù)增大。
18.根據(jù)權(quán)利要求15至17中任一項所述的接頭，其特征在于，起初配設(shè)一凹槽(G1)，所述凹槽(G1)具有至少兩個曲線部分(C1，C2)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的接頭，其特征在于，所述曲線部分(C1，C2)起初具有基本上相同的曲率半徑。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的接頭，其特征在于，所述曲率半徑起初為約2mm至約60mm。
21.根據(jù)權(quán)利要求18至20中任一項所述的接頭，其特征在于，所述兩曲線部分(C1，C2)由一基本上呈柱形的中央部分(PC)分開。
22.根據(jù)權(quán)利要求18至21中任一項所述的接頭，其特征在于，所述凹槽(G1)起初具有一徑向深度(H′)，該徑向深度(H′)的最大值選定成所述凹槽(G1)的底部的材料截面大于所述第一管形件(EM)和第二管形件(EF)所屬于的管(T1，T2)的一通常部分的最小截面與所述接頭的拉伸效率系數(shù)的乘積。
23.根據(jù)權(quán)利要求1至22中任一項所述的接頭，其特征在于，所述陽螺紋(FM)和陰螺紋(FF)在錐形式螺紋和柱形式螺紋中加以選擇，每個都形成于至少一部分管形件(EM，EF)上。
24.根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項所述的接頭，其特征在于，所述第一管形件(EM)配有一凸起的第一外表面(SE1)。
25.根據(jù)權(quán)利要求1至24中任一項所述的接頭，其特征在于，所述第二管形件屬于凹陰/凹陰類型的基本上對稱的一連接套管(M)，且所述第一管形件(EM)屬于一長度大的管的一端部。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的接頭，其特征在于，所述套管(M)具有一中央部分(PCM)，該中央部分(PCM)在兩側(cè)由兩第二管形件(EF1，EF2)進行延伸，并且起初在一外表面上配有一環(huán)形區(qū)域(G2)，該環(huán)形區(qū)域(G2)厚度不足量選定成所述套管(M)在該區(qū)域(G2)處的初始厚度大于或等于所述第一管形件(EM)形成于其端部的管(T1，T2)的一通常部分的截面與接頭的效率系數(shù)的乘積。
27.根據(jù)權(quán)利要求2結(jié)合權(quán)利要求4至26中任一項所述的接頭，其特征在于，所述第一唇部(L1)和所述第二唇部(L2)起初具有選定的形狀，以便在所述第二止擋面(SB2)支承在所述第三止擋面(SB3)上之前，所述第一止擋面(SB1)支承在所述第四止擋面(SB4)上。
28.根據(jù)權(quán)利要求3結(jié)合權(quán)利要求4至26中任一項所述的接頭，其特征在于，所述第二管形件(EF)的第三內(nèi)表面(SI3)起初在其與所述第四止擋面(SB4)的連接處，具有一第一密封面(DC3)，該第一密封面(DC3)總體上相對于縱向方向(A)具有一角度選定的傾斜度；所述第一管形件(EM)起初在其第一外表面(SE1)處，在其與所述第一止擋面(SB1)的連接處，具有一第二密封面(DC4)，該第二密封面(DC4)總體上相對于縱向方向(A)具有一角度選定的傾斜度，以便在擰緊時，所述第一密封面(DC3)和第二密封面(DC4)一個徑向壓緊在另一個上，從而形成第三緊密密封接觸。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的接頭，其特征在于，所述第一密封面(DC3)和第二密封面(DC4)布置成所述第一緊密密封接觸在所述第三緊密密封接觸之后形成于所述第一密封面(DC3)和第二密封面(DC4)之間，以便加強所述第三緊密密封接觸。
30.根據(jù)權(quán)利要求28或29所述的接頭，其特征在于，所述第一密封面(DC3)和所述第二密封面(DC4)的所述選定的角度起初為約+1°至約+30°。
31.根據(jù)權(quán)利要求28至30中任一項所述的接頭，其特征在于，所述第一密封面(DC3)和所述第二密封面(DC4)中至少一個是一錐面。
32.根據(jù)權(quán)利要求28至31中任一項所述的接頭，其特征在于，所述第一密封面(DC3)和所述第二密封面(DC4)中至少一個是一凸面。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的接頭，其特征在于，所述凸面具有一環(huán)形部分。
34.根據(jù)權(quán)利要求28至33中任一項所述的接頭，其特征在于，所述第一密封面(DC3)由一朝向所述第三內(nèi)表面(SI3)的內(nèi)部的第三局部環(huán)形凹處加以限定。
35.根據(jù)權(quán)利要求28至34中任一項所述的接頭，其特征在于，所述第二密封面(DC4)由一朝向所述第一外表面(SE1)的內(nèi)部的第四局部環(huán)形凹處形成。
36.管形密封擴張接頭的實施方法，其特征在于，基于上述權(quán)利要求中任一項所述的一可擴張管形接頭，它在于-擰緊所述第一管形件(EM)和所述第二管形件(EF)，直至所述第一唇部(L1)接納在所述環(huán)形腔室(LO)中，且直至所述第二止擋面(SB2)支承在所述第三止擋面(SB3)上，以便所述第一唇部(L1)的所述第一內(nèi)表面(SI1)和外表面(SE1)之一分別密封地徑向壓緊在所述第二外表面(SE2)或所述第三內(nèi)表面(SI3)上，形成第一徑向緊密密封接觸，以及-借助于一軸向移動式擴管工具，使所述可擴張管形接頭在塑性變形范圍內(nèi)進行直徑擴張，以便強制所述第一外表面(SE1)和所述第三內(nèi)表面(SI3)局部形成第二緊密密封接觸。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，從所述第一唇部(L1)和所述第二唇部(L2)開始，所述唇部具有選定的形狀，以使所述第一緊密接觸建立在所述第一內(nèi)表面(SI1)和所述第二外表面(SE2)之間；所述第一緊密接觸僅在所述第二止擋面(SB2)支承在所述第三止擋面(SB3)上之后形成。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，所述擰緊首先強制所述第一止擋面(SB1)支承在所述第四止擋面(SB4)上，以引起所述第一唇部(L1)在彈性變形范圍內(nèi)受到軸向壓縮。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，從根據(jù)權(quán)利要求28所述的可擴張管形接頭開始；所述擰緊強制所述第一密封面(DC3)和所述第二密封面(DC4)一個徑向壓緊在另一個上，首先形成所述第三緊密密封接觸，然后形成所述第一緊密密封接觸，其加強所述第三緊密密封接觸。
40.根據(jù)權(quán)利要求36至39中任一項所述的方法，其特征在于，所述擴張在所述第一內(nèi)表面(SI1)的一自由端和所述第二外表面(SE2)之間形成第四緊密密封接觸。
41.根據(jù)權(quán)利要求36至40中任一項所述的方法，其特征在于，所述接頭的徑向擴張根據(jù)至少等于10％的擴張率進行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種管形密封接頭，所述管形接頭起初具有一第一凸陽式管形件(EM)和一第二凹陰式管形件(EF)，所述凸陽式管形件(EM)配有陽螺紋(FM)、一第一環(huán)形唇部(L1)和一第二止擋面(SB2)，所述第一環(huán)形唇部(L1)具有一第一軸向止擋面(SB1)、一第一內(nèi)表面(SI1)和一第一外表面(SE1)的一部分，所述凹陰式管形件(EF)具有對應(yīng)于陽螺紋(FM)的陰螺紋(FF)、一第二環(huán)形唇部(L2)和一第四軸向止擋面(SB4)，所述第二環(huán)形唇部(L2)具有一第三止擋面(SB3)、一相對于第一內(nèi)表面(SI1)布置的第二外表面(SE2)和一第二內(nèi)表面(SI2)，第四軸向止擋面可支承第一止擋面(SB1)，且尤其是與第二外表面(SE2)一起限定一對應(yīng)于第一唇部(L1)的第一環(huán)形腔室(LO)。第二止擋面(SB2)和第三止擋面(SB3)起初是錐形的，且具有角度基本上相同的傾斜度，以便在擰緊時使第二止擋面(SB2)支承在第三止擋面(SB3)上，形成第一內(nèi)表面(SI1)或外表面(SE1)在第二外表面(SE2)或第三內(nèi)表面(SI3)上的第一徑向緊密密封接觸，然后，當(dāng)借助于一軸向移動式擴管工具在塑性變形范圍內(nèi)進行直徑擴張時，強制第一外表面(SE1)和第三內(nèi)表面(S13)局部確定第二緊密密封接觸。
文檔編號E21B43/10GK1902423SQ200480040174
公開日2007年1月24日 申請日期2004年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月28日
發(fā)明者L·迪伯杜, B·迪凱納, E·韋爾熱, G·莫林 申請人:瓦盧萊克曼內(nèi)斯曼油氣法國公司