管狀螺紋連接件的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及管狀螺紋連接件、以及待通過螺紋接合的管件的接合件或組件。
【背景技術(shù)】
[0002]在此描述的管件應用于工業(yè)中，并且具體地應用于組件或者螺紋聯(lián)結(jié)件中，所述組件或者螺紋聯(lián)結(jié)件應用于管柱線路，所述管柱線路用于油管或者管狀生產(chǎn)配件的線路，或者用于套管或襯管或立管，以用于操作或者勘探或者開采油井或天然氣井。在此描述的螺紋組件或者聯(lián)結(jié)件也可以用于可能期望其組裝管道或者管狀配件的任何用途，諸如在地熱或蒸汽發(fā)電廠中。如以下所解釋的那樣，在此描述的帶螺紋的組件尤其在組裝金屬管中有用，所述金屬管用于油井或天然氣井的套管或者用于所謂的襯管，所述襯管位于套管柱的底部之外。
[0003]己知多種類型的組件用于石油或天然氣載管，從機械特性和緊密性角度來看，即使在苛刻的使用條件下，所述載管也產(chǎn)生了令人滿意的結(jié)果。這些組件中的某些涉及到使用在兩個端部處裝配有公截頭錐形螺紋的管件，所述管件由具有兩個對應的母截頭錐形螺紋的聯(lián)接件組裝而成。這種組裝方式提供了一種優(yōu)勢，即，由于存在能夠在公螺紋和母螺紋之間產(chǎn)生的正過盈，所以致使組件的兩個部件堅固。
[0004]然而，這些聯(lián)接件的外徑大于對應管件的外徑，并且當這些組件與套管一起使用時，聯(lián)接件需要鉆出具有擴增直徑的鉆孔，以容納聯(lián)接件的外徑。在深度超過4，000米的非常深的井的情況中，鉆井使用這些聯(lián)接件時井的第一套管柱的初始直徑并且繼而井在地表附近的直徑可以是所述井能夠使用纖細聯(lián)接件時上述初始直徑和地表附近直徑的兩倍大，所述纖細聯(lián)接件的外徑僅僅略微大于套管立柱的對應的管件的外徑。
[0005]為了防止遇到這種困難，可以使用沒有聯(lián)接件或套筒的組件。在這種情況中，管狀元件均具有一個公螺紋端部和一個母螺紋端部，從而產(chǎn)生薄組件。與應用聯(lián)接件或套筒的組件或聯(lián)結(jié)件相比，這些組件或者聯(lián)結(jié)件通常稱作整體式組件或者聯(lián)結(jié)件。在底部懸掛在套管柱上的襯管沒有膠結(jié)到鉆孔而且通常水平行進而抵達石油或天然氣產(chǎn)層的情況中也滿足對整體式聯(lián)結(jié)件的同樣的需求。特別地，開采非傳統(tǒng)性氣田(諸如，所謂的頁巖氣儲層)需要具有整體式聯(lián)結(jié)件的小直徑并且纖細的襯管。
[0006]整體式組件通常在管件上形成，所述管件在對應于母螺紋的端部處具有擴展的直徑而在對應于公螺紋的端部處具有縮減的直徑。這樣做是為了使得在管件的厚度中具有足量的材料，以確保將管件接合的組件的幾何特性和機械強度。
[0007]還能夠通過在兩個連續(xù)區(qū)段或者兩個連續(xù)階梯部中使用螺紋取代僅僅在一個連續(xù)區(qū)段或者一個階梯部中使用螺紋，來加強公-母組件的強度。螺紋的階梯部中的每一個均具有不同的螺紋直徑并且由中央環(huán)狀抵接部分開。這種抵接部使得能夠充分緊固螺紋而同時又避免過度上緊。在具有負承載牙側(cè)的螺紋的情況中，抵接部使得能夠在這些螺紋的負牙側(cè)上緊固這些螺紋，并且這降低了因可以或者不可以與強壓力相組合的牽引應力的作用而造成的螺紋脫離的風險。然而，螺紋的階梯部之間的抵接需要在聯(lián)結(jié)組件內(nèi)分配徑向材料厚度，由此增加組件在聯(lián)接處的整體外徑。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]在一個示例中，提供了一種螺紋管狀連接件，其包括第一管件(也稱為第一管狀構(gòu)件)和第二管件(也稱為第二管狀構(gòu)件)。連接件可以例如是螺紋半埋入連接件。第一管件包括陽接頭構(gòu)件(也稱為管狀公端部)，所述陽接頭構(gòu)件從第一管件的主體一端部延伸到第一管件的終端。第一管件的主體可以沿第一管件的軸線方向具有基本恒定的內(nèi)徑和外徑。陽接頭構(gòu)件包括外螺紋的兩個徑向偏移區(qū)段(階梯部)。外螺紋的兩個徑向偏移區(qū)段包括第一螺紋區(qū)段和第二螺紋區(qū)段。第一螺紋區(qū)段通過第一密封表面與第二螺紋區(qū)段分離。第一螺紋區(qū)段位于第一管件的終端和第一密封表面之間，并且第二螺紋區(qū)段位于第一密封表面和第一管件的主體的所述端部之間。
[0009]第二管件包括陰接頭構(gòu)件(也稱為管狀母端部)，所述陰接頭構(gòu)件從第二管件的主體一端部延伸到第二管件的終端。第二管件的主體可以沿第二管件的軸線方向具有基本恒定的內(nèi)徑和外徑。陰接頭構(gòu)件包括內(nèi)螺紋的兩個徑向偏移區(qū)段(階梯部)。內(nèi)螺紋的兩個徑向偏移區(qū)段包括第三螺紋區(qū)段和第四螺紋區(qū)段。第三螺紋區(qū)段通過第二密封表面與第四螺紋區(qū)段分離。第三螺紋區(qū)段位于第二管件的終端和第二密封表面之間，并且第四螺紋區(qū)段位于第二密封表面和第二管件的主體的所述端部之間。在上緊狀態(tài)下，第一密封表面沿徑向方向接合第二密封表面，以便形成不透流體的偏心密封部，所述偏心密封部沿螺紋管狀連接件的軸向方向延伸。
[0010]錐形螺紋的兩個階梯部中的每一個均在第一管狀構(gòu)件和第二管狀構(gòu)件中的相應一個的終端的一側(cè)上包括切入部分而在相反側(cè)上具有退出部分。第一管狀構(gòu)件上的每個切入部分均嚙合第二管狀構(gòu)件上的退出部分，而第二管狀構(gòu)件上的每個切入部分均嚙合第一管狀構(gòu)件上的退出部分。陰接頭的外徑比第一和第二管狀構(gòu)件的標稱外徑大不超過10%(優(yōu)選地不超過6% )。
[0011]陽接頭構(gòu)件具有陽接頭臨界截面(PCCS)，所述陽接頭臨界截面位于第二螺紋區(qū)段的最靠近第一管件的主體的所述端部的螺紋牙底處。PCCS承受經(jīng)過陽接頭的所有螺紋傳遞的全部張力。陰接頭構(gòu)件具有陰接頭臨界截面(BCCS)，所述陰接頭臨界截面位于第四螺紋區(qū)段的最靠近第二管件的主體的所述端部的螺紋牙底處。BCCS承受經(jīng)過陰接頭的所有螺紋傳遞的全部張力。陰接頭構(gòu)件具有陰接頭中間臨界截面(BICCS)，所述陰接頭中間臨界截面位于第三螺紋區(qū)段的最靠近第二管件的第二密封表面的螺紋牙底處。BICCS承受經(jīng)過陰接頭的第三螺紋區(qū)段傳遞的張力。陽接頭構(gòu)件具有陽接頭中間臨界截面(PICCS)，所述陽接頭中間臨界截面位于第一螺紋區(qū)段的最靠近第一管件的第一密封表面的螺紋牙底處。PICCS承受經(jīng)過陽接頭的第一螺紋區(qū)段傳遞的張力。在本發(fā)明的一個實施方式中，第一和第二管件滿足以下關系:
[0012]PCCS 在 BCCS 的大約 ± 5 % 內(nèi)，
[0013]PCCS和BCCS中的每一個在(BICCS+PICCS)的大約± 5 %內(nèi)，并且
[0014]BICCS/PICCS 不小于 2.0。
[0015]在本發(fā)明的另一實施方式中，第一和第二管件滿足以下關系:
[0016]PCCS 在 BCCS 的大約 ± 5 % 內(nèi)，
[0017]PCCS和BCCS中的每一個在(BICCS+PICCS)的大約±5%內(nèi)，并且第二螺紋區(qū)段的整體長度除以第一螺紋區(qū)段的整體長度不小于2.0o
【附圖說明】
[0018]因為當結(jié)合附圖考慮時通過參照以下詳細描述將更好地理解本發(fā)明，所以將易于更完全地了解本發(fā)明以及本發(fā)明的許多伴隨優(yōu)勢，附圖中:
[0019]圖1是根據(jù)本發(fā)明的非限定性實施方式的公管狀元件和母管狀元件組裝在一起的接合件的剖視圖；
[0020]圖2是根據(jù)本發(fā)明的非限定性實施方式的圖1中示出的接合件的密封部分的詳細剖視圖；
[0021]圖3是根據(jù)本發(fā)明的非限定性實施方式的圖1中示出的接合件的螺紋切入部分之一的詳細剖視圖；
[0022]圖4是傳統(tǒng)接合件的剖視圖，所述傳統(tǒng)接合件包括中心肩部和在陽接頭和陰接頭的終端附近的端部密封部；并且
[0023]圖5是公截頭錐形螺紋區(qū)段的型廓沿軸線Xl-Xl的局部斷面圖；
[0024]圖6是根據(jù)本發(fā)明的非限定性實施方式的圖1的接合件的螺紋切入部分之一的詳細剖視圖。
【具體實施方式】
[0025]在以下描述中使用的某些術(shù)語僅僅是為了方便而非限制。術(shù)語〃組件〃或〃接合件"或"聯(lián)結(jié)件"在以下描述中旨在具有相同的意義，除了在賦予特定術(shù)語其它意義的特定上下文中使用這些術(shù)語中的每一個的情況之外。術(shù)語〃管道〃旨在涵蓋當前存在或者易于投入工業(yè)使用的任何類型的管件或管狀構(gòu)件或者管狀配件。術(shù)語〃抵接部〃或者〃抵接表面"或者"肩部"旨在于以下描述中具有相同的意義，除了在賦予特定術(shù)語其它意義的特定上下文中使用這些術(shù)語中的每一個的情況之外。
[0026]美國專利N0.5，687，999描述了一種連接件，其中在螺紋部分的端部之外兩個不透流體的金屬對金屬的密封表面位于接合件的內(nèi)端和外端處。美國專利N0.5，687，999的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此，并且美國專利N0.5，687，999中的圖2和圖3重現(xiàn)為本申請的圖4和圖5。
[0027]如圖4所示，在這個示例中，公元件和母元件均具有帶有兩個螺紋區(qū)段的區(qū)域，分別是公元件I具有螺紋區(qū)段4、5，而母元件2具有螺紋區(qū)段6、7，在所述螺紋區(qū)段4、5和螺紋區(qū)段6、7之間定位有環(huán)狀抵接表面或肩部24。這些螺紋區(qū)段4、5和6、7的中間部分為截頭錐形。
[0028]公元件的兩個截頭錐形螺紋區(qū)段4、5和母元件的兩個截頭錐形螺紋區(qū)段6、7在它們端部中的每一個處均具有消沒(vanishing)螺紋區(qū)域，在所述消沒螺紋區(qū)域中，螺紋的高度減小為零值。通過以下方式來減小螺紋高度:通過相對于公元件或母元件的軸線將螺紋牙頂機械加工成恒定的直徑，以產(chǎn)生所謂的退出螺紋部分；或者通過相對于軸線機械加工恒定直徑的螺紋牙底，以產(chǎn)生所謂的切入螺紋部分。通過組裝兩個公元件和母元件，它們的螺紋在對應的殼體中完全接合，在螺紋的中間部分中和具有消沒螺紋的端部