不透水連接裝置的製作方法
2023-09-15 10:33:35 2
專利名稱：不透水連接裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及不透水連接器，特別是在管子對置端之間組成壓力軸承鑽具套，形成金屬與金屬密封的管線型不透水連接器。
一種已知的用於連接兩個管子對置端的不透水連接裝置，包括設置在管子端頭將被接合的法蘭盤。通過將管子圓周上的法蘭盤用螺柱擰緊在一起得到管子間的不透水密封。然而，用這樣一種裝置提供圓周上的均勻密封是困難的並且弗時間，為改善均勻性，通常是在對置的法蘭盤之間插入環形合成橡膠墊圈。然而，在一些惡劣的環境下合成橡膠墊圈是不適合的，如高溫、高壓或腐蝕液體的環境下，他們可能會很快分解。在這些惡劣環境下只能承認上面提到的缺點，並且必需採用金屬與金屬的密封。
根據本發明的第一方面，提供了用一付金屬對金屬密封使第一和第二管狀實體部件對置端能夠不透水連接的連接裝置，這連接裝置包括分別圍繞著第一和第二管狀部件端部區呈圓周狀延伸的第一和第二金屬密封面，和一呈圓周狀延伸的軸向分開的第三和第四金屬密封面的環狀實體界接部件，該界接部件在使用中處於兩管狀部件連接端之間，當管狀部件和界接部件之間實際不施任何作用力時所述第一和第二密封面相對、但又不是分別和第三和第四密封面齊平；連接裝置還包括用以同時擠壓所述管狀部件的對置端以使界接部件受壓的加壓部件，其中每對相對面中至少一個密封面是金屬的，這種金屬在加壓裝置的作用下是可變形的，以增加每對相對面的密封面間的接觸面積，形成所述的金屬與金屬的密封。
在本發明的一最佳實施例中，管狀部件和連接部件的密封面被設置為，在使用中不是垂直於加壓裝置加壓方向的平面之中，每對相對的密封面之間在壓緊之前，並不齊平，而是錯開一小於5°的角，更好的情況是小於1.5°，最好是接近於0.5°。所說的可變形金屬的擠壓充分地迫使相鄰面達到齊平。
所說的密封面最好是平截錐面。界接部件最好由所說的可變形材料構成。然而，很清楚，管狀部件設置第一和第二密封面的部分可以替換為由可變形金屬構成的，或是這兩部分和界接部件都由可變形金屬構成。所說的可變形金屬最好是合金，包括銅鈹合金，磷青銅合金，或鋁青銅合金。
加壓裝置最好是設置為沿著管狀部件的圓周能均勻地分布所施加的力，例如用螺紋的方式嚙合一個或兩個管狀部件。
加壓裝置最好包括一實體筒形安裝環用於圍繞著將被連接的管狀部件的相對端同軸定位。這個安裝環設置為至少可拆卸地嚙合所述相對端的一端，例如用一軸向延伸的螺紋裝置。安裝環最好通過軸向延伸的但相互反向的螺紋裝置可拆卸地嚙合兩個相對端，以使安裝環相對於管狀部件的旋轉可同時擠壓所述的相對端。例如，安裝環的旋轉可以用一棘輪式工具裝置完成，該裝置被設置在安裝環上一定位凹槽內，並嚙合在圍繞一個管狀部件的周邊上互相間隔的齒牙上或圍繞一裝在其上的中間體表面上的互相間隔的齒牙上。
顯然，本發明的實施例可以提供一種連接器，其造成了金屬與金屬密封的應用，並可用於快速地連接或分開管狀部件。此外，這金屬與金屬的密封可以很均勻地圍繞這個連接的圓周予以實現。這樣的連接特別適合用於惡劣環境，特別是在高壓/高溫油井中。
根據本發明的第二方面，提供了一種將第一和第二管狀實體部件的相對端相互連結起來的方法，用一對金屬對金屬密封的方式在管狀部件間形成不透水密封，這個方法包括分別設置圍繞第一或第二管狀部件的端部區域圓周地延伸的第一和第二金屬密封面；軸向齊平的所述的第一和第二管狀部件的相對端，設置一具有圓周狀延伸和軸向分開的第三和第四金屬密封面的環狀實體界接部件，安置在所述管狀部件相對端之間，使界接部件與管狀部件同軸對準，並使第一和第二密封面與各自的第三和第四密封面相對，但是並不齊平；以及同時對所述相對端部加壓以致勢必壓緊界接部件，每對相對面至少一個密封面是一種在擠壓作用下可變形的金屬，以增加每對相對密封面間的接觸面積，從而形成所述的金屬對金屬的密封。
最好，同時擠壓管狀部件相對端的步驟包括圍繞相對端同軸地安置一實體筒形安裝環，以連結設置在兩個所說的相對端上的軸向延伸的螺紋，並繞兩相對端旋轉該安裝環。安裝環的旋轉可以通過安裝環和一個相對端之間作用的一有效的機械工具予以實現。
根據本發明的第三方面，提供了一種第一和第二實體管狀部件的相對端相互連結的方法，以在它們之間用一對金屬對金屬密封的方式形成不透水密封，這個方法包括步驟軸向對準所述管狀部件的兩相對端，以使它們之間有一分開的間隔；在相對端之間安置一可變形的界接部件，以使第一和第二金屬密封面分別圍繞著第一和第二管狀部件的端部區域呈圓周狀延伸，相對接，但並不分別與界接部件上呈圓周延伸和軸向分開的相應的第三和第四金屬密封面中的一個密封面齊平；以及通過變換繞公共軸的旋轉運動為軸向擠壓力，從而使界接部件變形而造成兩對對接的密封面成為齊平，形成所述的金屬對金屬的密封對。
本發明的這些方面和其它一些方面，將通過下面與附圖相結合的描述而一目了然。
圖1為一用於連接鑽井工具的兩個管狀部分的連接裝置軸向剖面圖；圖1a為圖1的一部分的細節圖；圖2為圖1所示連接裝置沿A-A線的橫向剖面圖。
圖1所示出的為能夠使上管部分和下管部分4、6間不透水連結的連接裝置2的剖面圖，該兩部分具有如圖2所示的常規圓柱狀結構，例如，多個管狀部分可以用同樣方式端部對端部地連結為放置於井孔中的測井鑽具套。詳細說，上管部分和下管部分間不透水密封是由一上部金屬對密封和一下部金屬對密封所提供的即上部金屬對水密封是由上管部分4的下密封面10與環形界接部件8的上密封面12之間所形成，而下部金屬對水密封則是由下管部分6的上密封面14和環形界接部件8的下密封面16之間所形成。這種金屬對金屬的密封是由軸向安裝在兩管狀部分的連接區域中的安裝環20產生並維持的。
更詳細地分析連接區域可見，上管部分4的下密封面10是一平截錐面，該平截錐面是相對上管部分中軸線作30°倒角而形成的，並且圍繞著上管部分低端內壁呈圓周狀延伸。在下管部分6的最上端有一薄壁圓柱狀接受部分13。一增厚的加強部分15是位於接受部分13和下管部分的主體17之間，像在上管部分4上所設置的那樣，在接受部分13和加強部分15之間的臺肩上形成一倒角，以提供一平截錐面形成下管部分6的上密封面14。由數字24表示的螺紋，設置在下管部分6的外表面，並從接收部分13的頂端沿著軸向延伸到加強部分15外面一部分的位置。
環形界接部分8是由短筒形部件構成的，它的內直徑近似與管狀部分的內直徑相等，環形界接部件、上緣和下緣的外表面、是被倒角的，以提供圍繞界接部件圓周延伸的上和下截錐形密封面12和16。
圖1a所示為圖1中所示虛線x區域的放大部分，如將觀察到的那樣，界接部件8的上和下密封表面是相對於界接部件的中心軸有一角度，致使當界接部件是同軸地安置兩個端部之間，並且沒有任何力施加在界接部件的密封面與上管部分和下管部分的密封面之間時，兩對相對接觸面之間有一個從內壁向外周發散的約0.5°的角度。
當上管部分4和下管部分6是一堅實的不可擠壓金屬，例如不鏽鋼時，界接部件8是一可壓金屬合金，例如銅鈹合金、磷青銅合金或鋁青銅合金。
連結裝置2設置了一加壓機構，用於同時擠壓上管部分和下管部分以致造成對界接部件8的擠壓。加壓機構包括一實體筒形安裝環20，在它的內表面下部設置一標號為24的第一螺紋，第一螺紋從安裝環底部軸向延著安裝環延伸到幾乎中間的位置。安裝環內表面上部也設置了一標號為26的第二螺紋，該螺紋從安裝環的頂部軸向向下延伸到安裝環長度的近似4分之一的位置。一筒形軸套22與上管部分4的端頭同軸地安置，它的軸向位置是由筒形軸套的底緣與支承凸緣2 3的接合維持的，支承凸緣23從上管部分表面凸出並圍繞上管部分呈圓周狀延伸。軸套22是可以繞上管部分4自由旋轉的，並且在它的外表面上設置一螺紋，該螺紋靠近該軸套底部的位置延著它軸向延伸到剛超過一半的位置。為了相互連結上管部分和下管部分，先將下管部分6固定於直立位置。然後通過下管部分的上開口軸向將界接部件8放置到下管部分內，致使界接部件8的下截錐形密封面16接觸下管部分的截錐密封面14。從圖1a中的研究中將得知，相鄰密封面間的初始接觸面積是很小的並僅包括一環形實體接觸圈。
然後將上管部分4與下管部分6的上開口軸向對準，並將其下降直到它的密封面10接觸界接部件8的上截錐形密封面12，再次形成一個環形實體接觸圈為止。軸套22一般是先於上管部分的下放前即被安放於上管部分的外面。
然後安裝環20被下降並越過上管部分，安裝環被設置為使它的下螺紋是比它的內徑壁再稍微凹進一些，以便允許安裝環可以自如地通過軸套22直到安裝環的下螺紋能和設置在下管部分外表面上的相應螺紋相嚙合。
參照附圖2，圖2給出了圖1中沿A-A線處連結裝置的剖面圖，加壓機構是由棘輪式工具裝置30操縱的，或其它使用有效的機械加力機械，它是固定在圍繞安裝環20上表面以90°間隔開的四個盲孔34中的一個盲孔內。這棘齒型機構30上有一圓端件，該圓端件上被形成許多相互間隔的齒牙32，以便可以嚙合圍繞軸套22外面圓周設置的相同間隔的齒牙。棘齒型機構是繞盲孔的中心軸以圖2中箭頭所示方向手動旋轉的。這個方向的運動引起安裝環旋轉下移並越過下端部分6。
安裝環旋轉下移並越過下管筒直到設置在安裝環內表面的上螺紋嚙合住軸套22外表面上的相應螺紋。除了牽拉下管部分相對安裝環朝上運動外，兩對螺紋被安置為使棘齒型機構在指示的方向連續的動作，引起上管部分相對於安裝環朝下移動。因此，上管部分和下管部分同時被牽拉的結果導致對界接部件8的擠壓。隨著跨越兩對相鄰密封面施加壓力的增加，用可壓縮金屬合金構成的界接部件8被擠壓成與兩相對密封面擠壓到一起。棘齒型機構動作一直繼續到獲得適當程度的金屬對金屬的密封為止。跨越密封面施加的壓力基本上均勻地沿著密封的圓周分布，從而減少了管子沒有對準的危險，這將是易於理解的了。可以用不少已知技術來判定如何獲得適當的密封例如，用測試密封的壓力或用棘齒型機構上的壓力表裝置等方法。
可以想像，用可擠壓金屬作相鄰密封面以實現對準的方法也可以被別的方法所替代，即將每對相鄰面中的至少一個面做成在加力機構的壓力作用下是可偏移的，也能實現對準。
連結裝置另外還包括放置在上管部分外表面上呈圓周延伸的凹槽內的彈性材料O形環18。O形環從凹槽內充分地凸出以接觸下管部分上接受部分的內表面。這O形環作為第二液體密封裝置通常是與流經管狀鑽具套中的液體不接觸的，但是當金屬對金屬密封失效或是鬆開的情況下，就能起到防止液體漏出的作用。上面已就連結裝置作了一般性的概括描述，然而應該理解它還可以在需要金屬對金屬密封的更為廣闊的範圍內得到應用。
可以想像一特殊的應用是用於設置在高壓/高溫(HPHT)油井中的鑽井裝置領域。
以上所描述的實施例僅是用於說明的目的，而且很明顯在本發明的範圍之內還可以做很多變化。例如，密封的嚙合可以用電操作的裝置或液壓操作裝置而不用託運操作裝置來完成。
權利要求
1.一種採用一付金屬對金屬密封使第一和第二管狀實體部件對置端能夠不透水連接的連接裝置，這種連接裝置包括分別圍繞著第一和第二管狀部件端部區呈圓周狀伸展的第一和第二金屬密封面，和一呈圓周狀伸展和軸向分開的第三和第四金屬密封面的環狀實體界接部件，使用時將界接部件安置在管狀部件的接合端之間，當管狀部件和界接部件之間實際上不施加任何作用力時，所述的第一和第二密封面；分別與第三和第四密封面相對，但又不是相齊平，界接裝置還包括用於同時擠壓所述的管狀部件對置端以使界接部件受到擠壓的裝置，其中每對相對面中至少有一個密封面是金屬的，這種金屬在加壓裝置的作用下是可變形的，以增加每對相對面的密封面間的接觸面積，形成所述的金屬對金屬的密封。
2.根據權利要求1所述的連接裝置，其特徵在於管狀部件和界接部件的密封面被設置為，在使用中不是垂直於加壓裝置加壓方向的平面之中。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的連接裝置，其特徵在於在擠壓之前，每對相對面的密封面被錯開小於5°的角，更好是小於1.5°，最好是接近0.5°。
4.根據前述的任一權利要求所述的連接裝置，其特徵在於所述的密封面是平截錐面的。
5.根據前述的任一權利要求所述的連接裝置，其特徵在於界接部件是由可變形材料構成的。
6.根據權利要求1所述的連接裝置，其特徵在於設置第一和第二密封面的部分的管狀部件是由可變形金屬構成，或是這兩部分和界接部件都是由可變形金屬構成的。
7.根據前述的任一權利要求所述的連接裝置，其特徵在於所述的可變形金屬是一種銅鈹合金、磷青銅合金或鋁青銅合金。
8.根據前述的任一權利要求所述的連接裝置，其特徵在於加壓裝置設置為用螺紋的方式嚙合一個或兩個管狀部件，以致使所加的力能均勻地分布在管狀部件的周邊上。
9.根據前述的任一權利要求所述的連接裝置，其特徵在於加壓裝置包括一筒形實體安裝環，同軸安放在將被連接的兩管狀部件的相對端部周圍的位置上。
10.根據權利要求9所述的連接裝置，其特徵在於安裝環可利用同軸延伸的螺紋將所述的兩相對端部中的至少一個端部可移位地接合在一起。
11.根據權利要求9所述的連接裝置，其特徵在於安裝環通過軸向延伸但相反指向的螺紋裝置可移位地同時連接兩個相對端部，以使安裝環相對於管狀部件的旋轉同時擠壓所述的相對端部。
12.一種將第一和第二管狀實體部件的相對端部相互連接的方法，用一對金屬對金屬密封的方式在管狀部件間形成不透水密封，這個方法包括分別設置圍繞第一或第二管狀部件的端部區域呈圓周狀延伸的第一和第二金屬密封面；軸向對準所述的第一和第二管狀部件的相對端，設置一具有呈圓周狀延伸和軸向分開的第三和第四金屬密封面的環狀實體界接部件；將界接部件安置在所述管狀部件相對端之間，使界接部件與管狀部件軸向對準，並使第一和第二密封面與各自的第三和第四密封面相對，但並不齊平；以及同時擠壓兩相對端部以致勢必將界接部件擠壓，每對相對面中至少一個密封面是一種在擠壓動作的作用下為可變形的金屬，以增加每對相對密封面間的接觸面積，從而形成所述的金屬對金屬的密封。
13.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於同時擠壓管狀部件相對端部的步驟包括圍繞相對端同軸地安置一筒形實體安裝環，以連結設置在兩個所說的相對端上的軸向延伸的螺紋，並繞著相對端旋轉安裝環。
14.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於安裝環的旋轉是利用安裝環和兩相對端中的一個端部之間所作用的有效機械工具予以實現的。
15.一種第一和第二管狀實體的相對端部相互連結方法，以在它們之間用一對金屬對金屬密封的方式形成一不透水密封，這個方法包括步驟使所述管狀部件相對端部同軸對準，並使它們之間有間隔的隔開；在兩相對端部之間安置一可變形的界接部件，以使第一和第二金屬密封面分別圍繞著第一和第二管狀部件的端部區域呈圓周狀延伸，相對接，但並不與界接部件的呈圓周狀延伸和軸向分開的相應的第三和第四金屬密封面相齊平；以及通過變換繞共軸的旋轉運動為軸向擠壓力，從而使界接部件變形造成兩對相鄰密封面的密封面齊平，以形成所述的金屬對金屬密封。
全文摘要
一種不透水連接裝置2，用於連接管子部件(4，6)的相對端，以形成所述的不透水密封。上端和下端管狀部分之間的不透水密封是由上、下金屬對金屬密封形成的，它們分別產生於上管部件4的下密封面10與環形界接部件8的上密封面12之間和下管部件6的上密封面14與環形界接部件8的下密封面16之間。這金屬對金屬的密封是由繞管狀部件連接區同軸安置的安裝環20形成和維持的。安裝環20由螺紋(24，26)連接上、下管部件，且安裝環20在一個方向的旋轉引起部件(4，6)同時擠壓界接部件8和至少使每對密封面(10，12)和(14，16)中一個密封面變形，以增加接觸面積和形成金屬對金屬密封。介紹了本發明的實施例和應用。
文檔編號E21B17/04GK1142259SQ95191849
公開日1997年2月5日 申請日期1995年2月20日 優先權日1994年3月3日
發明者傑弗瑞·查理斯·愛德華 申請人:艾克斯普羅北海股份有限公司